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硫酸钙晶须催化性能的研究

作　者: 于平
导　师: 张连红
学　校: 辽宁石油化工大学
专　业: 化学工程
关键词: 硫酸钙晶须酯交换醋酸正丁酯产率动力学
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

硫酸钙晶须是以石膏为原料，在人工控制的条件下生长的硫酸钙纤维状晶体，它有着单晶结构。因其近于完整的晶体结构、均匀的横截面、尺寸细小等优点被广泛应用于改性复合材料及涂料、油漆，环境工程领域，可代替传统摩擦材料。硫酸钙晶须是一种活性高、性能优异、价格低廉、有极好性价比的绿色环保材料，并且其本身没有毒性，因此属于环境友好型的材料。本论文主要研究两种不同的硫酸钙晶须，着重研究其增强复合材料外的其它性能——催化性能。目前大多数的酯交换反应都要有催化剂的加入，传统的强酸和强碱催化剂催化效果好，价格低廉。但其产生的大量废液成为不可忽视的环境问题，对设备腐蚀性强，不符合可持续发展战略。本课题以硫酸钙晶须这种新型晶须材料为研究对象，将其应用到酯交换反应中，这种催化剂对设备无腐蚀，不污染环境。本论文以醋酸正丁酯的合成来考察硫酸钙晶须的催化性能。选择醋酸甲酯和正丁醇为反应物，两种不同的硫酸钙晶须为催化剂。通过实验得到最佳反应工艺条件：（1）改性硫酸钙晶须为催化剂时，酯醇摩尔比为3，硫酸钙晶须添加量为2%，超声波频率为25kHz，反应温度为110℃，反应时间为6h时，酯化的产率可达到73%以上；（2）未改性硫酸钙晶须为催化剂时，酯醇摩尔比为3，硫酸钙晶须添加量为反应总量的2%，超声波频率为20kHz，反应温度为110℃，反应时间为6h时，酯化的产率可达到59%以上。此外，由醋酸正丁酯的产率可看出两种晶须对于该反应的催化效果的差异。改性后的硫酸钙晶须的催化效果明显优于未改性的。最后，研究醋酸甲酯与正丁醇在硫酸钙晶须催化下的酯交换反应动力学。通过实验得出反应表观活化能Ea=5.243KJ/mol，阿伦尼乌斯方程为k=3.8496×10~3exp(5243/RT)，并建立了该酯交换反应的化学反应动力学模型为r=3.8496×10~3exp(5243/RT)cAcB。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1 文献综述  10-31
  1.1 前言  10
  1.2 晶须概述  10-15
    1.2.1 晶须的特征  10-11
    1.2.2 晶须的性能  11
    1.2.3 晶须的生长机理  11-13
    1.2.4 晶须的研究进展  13-15
  1.3 硫酸钙晶须的概述  15-26
    1.3.1 硫酸钙晶须的性质  16-17
    1.3.2 硫酸钙晶须的改性  17-19
    1.3.3 硫酸钙晶须的制备  19-23
    1.3.4 硫酸钙晶须应用  23-26
  1.4 醋酸正丁酯合成概述  26-29
    1.4.1 醋酸正丁酯的生产现状及发展趋势  26-27
    1.4.2 制备方法  27
    1.4.3 制备催化剂  27-29
  1.5 本课题研究内容与意义  29-31
    1.5.1 本课题的主要内容  29
    1.5.2 本课题的研究意义  29-31
2 实验部分  31-35
  2.1 实验药品、设备及仪器  31
  2.2 硫酸钙晶须催化合成醋酸丁酯  31-33
    2.2.1 实验内容  31-33
    2.2.2 产品产率的计算  33
  2.3 酯交换合成醋酸正丁酯动力学研究  33-34
  2.4 产品分析  34-35
    2.4.1 气质联用测试  34
    2.4.2 红外光谱测试  34
    2.4.3 晶须表征  34-35
3 结果与讨论  35-53
  3.1 醋酸正丁酯合成的单因素考察  35-40
    3.1.1 酯醇摩尔比对产率的影响  35-36
    3.1.2 催化剂用量对产率的影响  36-37
    3.1.3 超声波频率对产率的影响  37-39
    3.1.4 反应时间对产率的影响  39-40
    3.1.5 反应温度对产率的影响  40
  3.2 正交法确定最优条件  40-44
  3.3 仪器分析  44-46
  3.4 效益分析  46-47
    3.4.1 环境效益分析  46-47
    3.4.2 经济效益分析  47
  3.5 醋酸正丁酯合成化学反应动力学结果讨论  47-53
    3.5.1 扩散影响的消除  47-49
    3.5.2 动力学模型的建立  49-53
4 结论  53-54
符号说明  54-55
参考文献  55-61
致谢  61-62
攻读学位期间发表的学术论文  62

硫酸钙晶须催化性能的研究

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