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Fe₂O₃/HMCM-49和Fe配合物催化剂上尿素醇解合成碳酸二甲酯的研究

作　者: 张程
导　师: 蔡清海
学　校: 哈尔滨师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 碳酸二甲酯 Fe2O3/HMCM-49 尿素甲醇尿素Fe(Ⅲ)配合物
分类号: TQ225.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文分别采用浸渍法和固相合成法制备了工艺简单、无毒、安全的Fe2O3/HMCM-49负载型催化材料和尿素Fe(Ⅲ)配合物,应用XRD、TEM、NH3-TPD、FT-IR、BET和ICP-MS等一系列测试技术,确定了所制备的催化材料的组成、结构及其它性质。在间歇反应中,Fe2O3/HMCM-49对尿素醇解法合成DMC反应表现出了优异的催化性能。探讨了催化剂的制备条件及反应条件对合成反应的影响,确定了优化的催化剂制备条件为：使用0.2mol/L的Fe(NO3)3-乙醇溶液、500℃焙烧制备Fe2O3/HMCM-49催化剂；最佳的合成反应工艺条件为：n(甲醇)：n(尿素)=160：1,反应温度180℃,反应时间8h,催化剂投入0.3g,搅拌速度500rpm。在此最优反应条件下获得34.2%的转化率和97.6%的DMC选择性。另外,本催化剂重复使用3次,其催化活性、DMC选择性和产率变化不大。制备了尿素Fe(Ⅲ)配合物,对其组成与结构进行了表征。结果表明,铁是通过与尿素中的氧配位形成配合物。探讨了此配合物对尿素醇解法合成DMC反应的催化作用。确定了反应的最佳工艺条件为：n(甲醇)：n(尿素)=100：1,反应温度170℃,反应时间8h,催化剂投入0.5g,搅拌速度500rpm。在此最佳反应条件下,DMC产率为10.2%。获得了铁化合物催化尿素醇解反应中催化剂的作用特征。另外,在文献报道和本课题获得的实验结果基础上,初步确定使用Fe2O3/HMCM-49为催化剂时的反应机理是尿素被Fe[O]和H+活化生成活性中间体,并初步解释了DMC选择性高的原因。

全文目录

摘要  10-11
Abstract  11-13
第1章绪论  13-25
  1.1 前言  13
  1.2 碳酸二甲酯的性质  13-15
    1.2.1 物理性质  13-14
    1.2.2 化学性质  14-15
  1.3 碳酸二甲酯的应用  15-17
    1.3.1 作羰基化试剂  15-16
    1.3.2 作甲基化试剂  16
    1.3.3 新产品的开发  16
    1.3.4 汽油添加剂  16
    1.3.5 合成润滑油  16
    1.3.6 溶剂、溶媒  16-17
    1.3.7 电解液  17
  1.4 碳酸二甲酯的合成方法  17-23
    1.4.1 光气法  17-18
    1.4.2 甲醇氧化羰基化法  18-19
    1.4.3 酯交换法  19
    1.4.4 电化学羰基化法  19-20
    1.4.5 二氧化碳-甲醇直接法  20
    1.4.6 尿素醇解法  20-23
  1.5 本论文主要研究内容  23-25
第2章 Fe_2O_3/HMCM-49催化尿素和甲醇合成碳酸二甲酯  25-48
  2.1 前言  25
  2.2 实验部分  25-31
    2.2.1 药品与仪器  25-27
    2.2.2 催化剂的制备  27-29
    2.2.3 催化剂的表征  29-30
    2.2.4 DMC的合成  30
    2.2.5 DMC的检测  30-31
    2.2.6 DMC产率的定量计算  31
  2.3 结果与讨论  31-46
    2.3.1 催化剂的筛选  31-33
    2.3.2 催化剂的表征  33-35
    2.3.3 不同催化剂的催化活性  35-37
    2.3.4 Fe_2O_3/HMCM-49制备条件对反应的影响  37-39
    2.3.5 反应条件对碳酸二甲酯产率的影响  39-42
    2.3.6 催化剂重复利用及表征  42-45
    2.3.7 粗测副产物氨气的生成量  45-46
  2.4 以Fe_2O_3/HMCM-49为催化剂反应机理的讨论  46-47
  2.5 本章小结  47-48
第3章尿素Fe(Ⅲ)配合物催化尿素和甲醇合成碳酸二甲酯  48-55
  3.1 前言  48
  3.2 实验部分  48-50
    3.2.1 药品与仪器  48-49
    3.2.2 催化剂的制备  49
    3.2.3 催化剂的表征方法  49
    3.2.4 DMC的合成  49
    3.2.5 DMC的检测  49
    3.2.6 DMC产率的定量计算  49-50
  3.3 结果与讨论  50-54
    3.3.1 催化剂的催化活性  50-51
    3.3.2 催化剂的表征  51-52
    3.3.3 反应条件对碳酸二甲酯产率的影响  52-54
  3.4 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-62
承担课题来源  62-63
攻读硕士学位期间完成的学术论文和专利  63-65
致谢  65-67

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