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近年来,随着人们环保意识的加强和对绿色化学的要求,固体酸催化剂取代传统催化剂已成为当务之急,也是实现环境友好的一条重要途径。目前,固体酸催化剂的研究也得到了长足的发展,但其自身存在着催化剂昂贵、有毒、反应时间长、操作繁琐、催化剂不能回收、产率较低等不足,因此开发既高效又环保的新型固体酸催化剂就变得十分重要,具有广泛的应用前景和深远的战略意义。本论文在综述了国内外的研究基础上,研制出了一类新型煤基碳基固体酸催化剂,并对其结构及性能进行表征。研究内容主要归类如下:
1、煤基碳基固体酸催化剂的制备及表征。对负载前后煤基碳基固体酸材料通过IR、XPS、XRD、BET、TG以及表面酸性官能团的测定等分析方法进行表征。研究结果表明:负载硫酸后的煤基碳基固体酸催化剂表面特性发生了很大的变化,制备的催化剂具有典型的介孔结构,磺酸基成功地引入到介孔材料表面,制备的固体酸的酸量为0.9~1.2 mmol/g。
2、将煤基碳基固体酸催化剂A直接用于1,4-丁二醇(BDO)合成四氢呋喃(THF)的研究。系统的探讨了影响其反应的各种因素如反应时间、催化剂用量、反应温度等因素对产品收率的影响并进行详细的研究。研究结果表明:煤基碳基固体酸催化剂是催化合成上述化合物的良好催化剂,收率可达95%。
3、将煤基碳基固体酸催化剂B及C分别直接用于丁酸乙酯及一些缩醛(酮)合成的研究。系统的探讨了影响其反应的各种因素如反应时间、催化剂用量、反应原料摩尔比等因素对产品收率的影响并进行详细的研究。研究结果表明:煤基碳基固体酸催化剂是催化合成上述化合物的良好催化剂,收率分别可达72%,80%以上。
4、在无溶剂条件下,将煤基碳基固体酸催化剂C用于催化三组分一锅法Biginelli反应,以苯甲醛,乙酸乙酸乙酯和尿素三组分反应为探针反应,分别考察了催化剂用量和反应时间等因素对产率的影响,确定了煤基碳基固体酸催化剂C在催化Bigineili反应时的最优条件,在此条件下由各种芳香醛(脂肪醛)、β-酮酸酯和脲(硫脲)三组分一锅法Biginelli缩合反应制备了3,4-二氢嘧啶-2-酮衍生物,反应时间2h,产率可达70%~92%。