二氧化硅负载硫酸铁催化剂上的酯化反应及其动力学研究
固体酸催化剂的发展及应用

绿色化学学院:班级:姓名:学号:目录引言 (3)1固体酸催化剂的概念、性质与分类 (3)1.1固体酸催化剂的概念 (3)1.2固体酸催化剂的性质 (3)1. 3固体酸的分类 (4)2各类固体酸催化剂的研究近况 (4)2.1固载化液体酸 (4)2.2简单氧化物 (5)2.3硫化物 (5)2.4金属盐 (5)2.5杂多酸固体酸 (5)2.6阳离子交换树脂 (6)3固体酸催化剂的应用 (6)3.1固体酸催化剂对二甲醯水蒸气重整制氢过程的影响 (6)3.2固体酸催化剂在丙烯酸酯化反应中的合成与应用 (7)3.3固体酸催化酯化酸化油合成生物柴油的研究 (7)3.4固体酸催化剂在缩醛(酮)合成中的应用 (7)4固体酸催化剂存在的一些问题及发展前景 (8)4.1固体酸催化剂在应用中存在的一些问题 (8)4.2固体酸催化剂的发展前景 (8)参考文献 (8)固体酸催化剂的发展及应用引言催化剂(catalyst):是指会诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应。
随着现代工业的发展与进展,液体催化剂已完全满足不了化工产品的发展要求,然而新型固体酸催化剂却弥补了当前的一些不足。
固体酸是近年来研究与开发的一种新型酸催化剂,也是具有广泛的工业应用前景的环境友好的催化剂之一,,因而对固体酸的研究具有十分重要的意义,成为当前催化研究的热点之一。
根据固体酸催化剂的特点进行分类,讨论了各类崔化剂的特点。
从而为化工生产提供了有力的发展前景。
关键字:固体酸催化剂丙烯酸酯化缩醛(酮)生物柴油摘要:固体酸酸催化化学反应是化学工业、医药工业广泛涉及到的催化过程,与液体酸催化剂相比,固体酸催化剂具有许多优点。
随着人们环境意识的加强以及环境保护要求的日益严格,固体酸催化剂己成为催化化学的一个研究热点。
特别是在有机合成中显示出了它的优越性。
然而人们通过各种技术手段研发出各类固体酸,运用在各个化工产品的生产中,但是就目前而言还存在一些问题。
化学平衡的移动条件

化学平衡的移动条件化学平衡是指当反应物和生成物在一定条件下达到动态平衡状态时,它们的浓度、压力或其他相关物态参数不再发生变化。
为了使化学反应达到平衡状态,可以通过改变温度、压力、浓度和添加催化剂等手段来移动平衡。
本文将讨论影响化学平衡移动的条件以及它们的作用机理。
一、温度的影响温度是影响化学平衡移动的重要因素之一。
根据利奥·香特列定律,当温度发生变化时,平衡反应的正向和逆向反应速率都会发生变化。
对于吸热反应(放热反应),升高温度会使平衡转向生成物一侧,而降低温度则会偏向反应物一侧。
对于放热反应(吸热反应),情况相反。
以氨的合成反应为例:N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) + 92.4 kJ该反应是一个放热反应,因此当温度升高时,反应向生成物一侧移动,生成氨的产率增加。
而当温度降低时,反应向反应物一侧移动,生成氨的产率减少。
二、压力的影响压力是影响化学平衡移动的另一个关键因素。
对于气体反应,改变压力会对平衡产生影响。
根据洪特定律,当体积不变的情况下,提高压力会使平衡转向摩尔数较少的一侧,而减小压力则会偏向摩尔数较多的一侧。
以二氧化碳和一氧化碳反应生成一氧化碳和氧化碳的平衡反应为例:CO2(g) + CO(g) ⇌ 2CO(g)该反应为气体反应,增加压力会使平衡向CO2和CO的生成物一侧移动,生成CO的产率增加。
减小压力则会偏向反应物一侧,生成CO的产率减少。
三、浓度的影响浓度也是影响化学平衡移动的重要因素之一。
对于溶液反应,改变物质的浓度会对平衡产生影响。
根据一般来说,增加浓度会使平衡转向生成物一侧,而降低浓度则会偏向反应物一侧。
以还原铁离子为例:Fe3+(aq) + SCN-(aq) ⇌ Fe(SCN)2+(aq)该反应为溶液反应,增加铁离子或硫氰离子的浓度会使平衡向生成配合物Fe(SCN)2+的一侧移动,生成铁离子配合物的产率增加。
减小浓度则会偏向反应物一侧,生成铁离子配合物的产率减少。
2-1气固相催化反应本证及动力学

吸附等温方程
动力学(理论)方程 实验室反应器
动力学方程 化学化工学院
[例1] 设一氧化碳与水蒸气在铁催化剂上的催化反应机理如下 (1) (2) (3)
化学工学院
1、过程为单组分反应物的化学吸附控制
设催化反应速率为rA 若催化反应过程为A的化学吸附所控制。A的化学吸附为控制 步骤,其它各步均已达到平衡。催化反应速率等于A的化学 吸附速率,则有 化学化工学院
将上述各参数代入
化学化工学院
化学化工学院
2、过程为表面化学反应控制
若反应中有惰性组分I,且组分I 被吸附。催化反应速率 按质量作用定律可表示为:
P A
设气体A在催化剂内表面上被吸附。 化学吸附是一个可逆过程,可表示为:
A ( )
A
A
ra
( A)
rd ra是吸附速率,rd是脱附速率,吸附 净速率为 r=ra-rd
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1.影响吸附速率
的因素
1)单位表面上的气体分子碰撞数 在单位时间内气体分子和表面的碰撞次数越多,被吸 附的可能越大。由气体分子运动论,碰撞次数Z为:
p
p
(1 )
m
t
化学化工学院
3. 孔径及其分布
催化剂中孔道的大小、形状和长度都是不均一的,催化剂孔道 半径可分成三类: 1)微孔,孔半径为1nm左右; 2)中孔,孔半径为1~25nm左右; 3)大孔,孔半径大于25nm的孔。 载体的作用是作为催化剂的骨架,同时提供催化剂的内表面积。
二者的区别:
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类别 项目
物理吸附 分子间力 差 可单层可多层 快 2-20kJ/mol
化学吸附 化学键力 好 单层 慢 80-400kJ/mol
亚氨基二乙酸二乙酯合成和表征

亚氨基二乙酸二乙酯的合成和表征摘要以亚氨基二乙酸为起始原料,通过酰化、酯化两步法合成了亚氨基二乙酸二乙酯。
确定了酯化反应的原料、物料比、反应时间,筛选了催化剂,酯化反应以亚氨基二乙酸为原料,在60℃,DMF为催化剂条件下,反应总收率为63%(以亚氨基二乙酸计算) ,此方法生产成本较低、操作工艺简单。
关键词亚氨基二乙酸;亚氨基二乙酸二乙酯;酰化;酯化亚氨基二乙酸二乙酯分子量为189.2,密度为1.056g/cm3,是一种无色到淡黄色透明液体。
亚氨基二乙酸是用于合成除草剂草甘膦的前体,还可用于电镀工业,用于阳离子交换树酯的制造。
亚氨基二乙酸二乙酯是重要的医药、农药及材料的中间体,例如可以用于制备脑功能药荷拉西坦,它主要是以亚氨基二乙酸为起始原料,通过酰化、酯化两步合成得到。
研究同时发现亚氨基二乙酸广泛应用于表面活性剂、络合剂、食品添加剂、电镀工业金属表面处理、高分子材料工业、制药等领域[1]。
1 实验1.1 试剂与仪器主要试剂:亚氨基二乙酸(CP),无水乙醇(AR),二氯亚砜(AR),DMF(AR)主要仪器:恒温水浴锅、机械搅拌器1.2 亚氨基二乙酸二乙酯合成图1 亚氨基二乙酸二乙酯合成路线图将亚氨基二乙酸(IDA)(13.3 g, 0.10 mol)加入75 mL 无水乙醇中,冷却至12 ℃以下,在充分搅拌的情况下,缓慢滴加无水的氯化亚砜(30 g, 0.25 mol),并加入0.15 mL DMF作催化剂。
滴加完毕后,于60°C搅拌3 h,再回流4 h。
然后将反应液静置16 h,旋转蒸发反应液至原体积的一半,再补加相同体积的氯仿,用250 mL 20% NaCO3溶液水洗,水相用300 mL 氯仿萃取,有机相合并,旋转蒸发溶剂得粗产品,最后减压蒸馏得12 g 油状液体。
2 结果分析与讨论2.1 酯化反应原料的确定酯化反应条件为: 亚氨基二乙酸(0.02 mol) 与乙醇(9.6 mL) 酯化反应, 硫酸铁铵(2g) 为催化剂,但反应很难进行,尝试使用其他催化剂,如浓硫酸,盐酸气等,同样没有得到理想效果。
羧酸酯化反应常用催化剂

固体超强酸。卤素型固体超强酸例如SbF -Si0 、TaF -Si0 、 除了硫酸以外磷酸、硼酸等无机酸也可用作羧酸醋化反应的催化剂,而且不同酸的合理组合对羧酸醋化反应的催化能产生一 定的协同效应。
4、金属氧化物 氧化锌、氧化锡、氧化亚锡和三氧化二锑等金属氧化物
均可作为羧酸醋化反应催化剂。例如,在泥伯金戊酯的合成 中,以甲苯作为带水剂,氧化锡为催化剂,在180℃反应2h左 右,酯收率可达90%,且后处理比较简单催化剂的成本也较低, 具有一定的应用价值。
5、有机酸及其盐类 对甲苯磺酸、乙酸锌、钴、锰、镉和铁均可催化酯化反
例如用硫酸铜催化合成乙酸正丁酯,硫酸铜难溶于醇、酸和酯中,所以醋 化后只要经过滤就可以分离。硫酸铜在使用过程中是稳定的,重复使用性能良 好,催化反应10次,结果计算其总收率达96.88%。再如用含水硫酸铈催化合成 邻苯二甲酸二辛酯,其催化速度 、转化率均与以硫酸为催化剂相当,但酯化 温度低,为120℃左右,且不易中毒,可用于连续生产,同时克服了浓硫酸催 化剂腐蚀设备、污染环境等缺点。无机盐催化剂也存在一些不足,如硫 酸铜 反应时间长,三氯化铁会溶于某些酯、醇、酸中给产物分离带来困难。
杂多酸(盐)是一类含有氧桥的多核配合物(见下图),具有类似于分子筛的笼型结构特征,对多种有机反应表现出很高的催化活性和选择性,被誉为催化剂新秀,广泛用于催化 领域。
为两大类:一类是卤素型固体超强酸,另一类是SO /m o 型 实验表明,该类催化剂的活性顺序为锆酸异丙酯>锆酸正丙酯>钛酸四异丙酯>钛酸四丙酯>钛酸四丁酯>钛酸四乙酯。
《日用化学工业》第38卷(2008年)目次

油酸钠蠕虫状胶束 的性 质及 驱油效率研究 十二烷基三 甲基溴化铵/ 庚烷/ 醇/ 水微乳化
作 用 研 究
9 丽 2 6 包覆 条件对纳米二氧化钛光稳定 性的影响
成 庆 堂 李 学 静
强 边 延 江
马 超 平 2 7 淀粉微球 对玫瑰香精 的吸附及缓 释性 能研 究 朱 4
磷 酸酯型有机硅表面活性剂 的制备及 其
表 面 活 性
一
种高分子两 性含氟表面活性剂 的合成
及其溶 液性 质 蒋银 峰 5 8 2 2 陈凤生 5 8 25
刘 雷
5 28 9 5 29 4
黄 良仙 卿大咏
2 8 7
2 9 1 2 9 5
种接枝型高分子表面活性剂的合成
8
李淑敏
王 丽 萍
3 15 6
3 19 6
硫 酸盐 的 L S A 废水
1 1
1 2 1 6
姜黄 素类 化合物及姜黄素衍生物对 酪氨酸酶
抑 制作 用的研究 阳离 子交换 树脂催化合成苯 甲醛 12一 ,
丙 二 醇 缩 醛 的 研 究 杜 志 云 3 7 12
包合作用研究
一
琳 2 l 0 环氧氯丙烷合成工艺研究 l
新型杀菌洗洁精 的复配研究
壬世兵 3 3 含维生素 c纳米粒子 的制备 及性能研究 17 壳聚糖硫酸盐催化合成丙二 酸二 乙酯
韦星船 章苏 宁
邓 斌
烯基磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵
复配体系 的泡沫性能
薛铁 中
温和条件下 D F M 催化 苯乙烯空气环氧化的
研 究
马雪涛 5 1 3 9
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ, 7
乙酸乙酯皂化反应实验的机理及反应动力学研究

乙酸乙酯皂化反应实验的机理及反应动力学研究1.引言皂化反应是一种重要的有机反应,它在生产中被广泛应用于肥皂、洗涤剂和化妆品等领域。
乙酸乙酯皂化反应是其中一种典型的皂化反应,其机理和反应动力学的研究对于了解反应的基本过程和优化反应条件具有重要意义。
2.皂化反应机理乙酸乙酯皂化反应是酯与碱溶液反应生成相应的醇和相应的酸盐的过程。
具体而言,乙酸乙酯与氢氧化钠反应如下:CH3COOC2H5 + NaOH → C2H5OH + CH3COONa其机理可以分为以下步骤:(1)碱解过程:氢氧化钠在水中离解生成氢氧根离子OH-。
(2)乙酸乙酯与氢氧根离子的酯键断裂,生成乙酸乙酯负离子。
同时,对称的乙酸乙酯分子也可以生成乙酸乙酯负离子。
(3)乙酸乙酯负离子与氢氧根离子发生反应,生成相应的醇和相应的酸盐。
3.反应动力学(1)化学动力学研究方法和原理化学动力学研究反应速率和其与反应条件之间的关系。
在乙酸乙酯皂化反应中,可以通过测定反应物(乙酸乙酯或氢氧化钠)消耗的速率和生成物(乙醇或乙酸钠)产生的速率来确定反应速率。
(2)影响反应速率的因素乙酸乙酯皂化反应的速率受到以下因素的影响:- 反应物浓度:反应速率与反应物浓度的关系可通过速率方程进行表示。
- 温度:温度升高会增加反应速率,因为增加温度会增加反应物分子的平均动能。
- 催化剂:加入适当的催化剂可以显著加快反应速率。
(3)反应速率方程和速率常数乙酸乙酯皂化反应的速率方程可以表示为:v = k[A]^m[B]^n其中,v为反应速率,k为速率常数,[A]和[B]分别为反应物A和B的浓度,m 和n分别为反应物A和B的反应级数。
4.实验方法(1)实验步骤①准备实验所需的乙酸乙酯和氢氧化钠溶液。
②将一定量的乙酸乙酯溶液和氢氧化钠溶液混合,同时在适当的时间间隔内,取样并用酸碱滴定法测定乙酸钠生成量。
③利用滴定数据计算反应速率,并利用速率方程拟合数据,求解速率常数和反应级数。
(2)实验注意事项- 实验过程中要注意安全,戴好实验眼镜和手套。
固体铁系超强酸催化合成丙酸异戊酯的研究

1 实验部 分
1 1 试 剂 与 仪 器 .
从表 1 可以看出 : 加酸醇摩尔 比有利 于丙 酸异 戊酯收 增
正丙酸 , 异戊醇 , 酸 , 硫 硫酸 铁 , 酸钠 , 酸镁 , 酸 碳 硫 过硫 铵均为分析纯。2 J 1 WA 一 型阿贝折射仪、 三颈烧瓶。
12 固体铁 系超强酸催化剂 的制备 [ . 】 , 将 6 g硫酸铁和 1 硫酸 铵充分 碾 细混合 均匀 , O 5g过 放 入蒸发皿 中 , 加入少量 乙醇浸没 固体盐 , 热至沸 使 乙醇蒸 加 发干, 再继续加热 1h 得到 的产物既为 固体铁 系超强 酸催化 ,
比为 12 5 当反应物总量为 0 5 mo 时 , :., .6 l 固体铁 系超强酸 的用量为 20g 反应时间 2 5h 酯收率 可达 8 . . , . , 7 6%。
关键 词 :固体铁系超强酸; 催化; 合成 ; 丙酸异戊酯
Re e r h o y h sso s a lP o i n t t l z d b o i r n s a c n S nt e i fI o my r p o a eCa a y e y S l I o d
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20 年 3 卷第 1 06 4 期
广州化工
-4 ・ 9
固体 铁 系超 强酸 催 化 合成 丙 酸 异戊 酯 的研 究
雷克林 , 赵燕萍
( 襄樊学院化 学与生物科学系, 湖北 襄樊 4 15 ) 4 0 3
摘 要 :采用固体铁系超强酸代替无机酸作催化剂催化合成了丙酸异戊酯。最佳反应条件为: 正丙酸: 异戊醇的摩尔
rt fp o incai n o mo s : 5 a ds l o y tm u e to cdWa o s m e 0gwh n ai o r po i cd a di a l o s Wa 1 2. i i n s se s p rsr n a i s c n u d2. e n o dr g
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摘 要 通 过 溶 胶 一 胶 法 和 浸 渍 法 制 备 了二 氧 化 硅 负 载 的 硫 酸 铁 [e( O ) SO ] 凝 F S 3 i 催化 剂 , / 研
究 了 [e( O ) S0 ] F ,S 3 i :的焙烧温度 、 / 硫酸铁的负载量、 催化剂用量及 反应温 度对油酸乙酯合成的影
响 。用 积 分 法 研 究 了等 量 反 应 物 在 常 压 下 的 反 应 动 力学 。结 果 表 明 , 氧 化 硅 负 载 的 硫 酸 铁 催 化 二 剂 在 油 酸 和 乙醇 无溶 剂 条 件 下 的 酯 化 反 应 中具 有 良好 的 催 化 性 能 。 酯化 反 应 符 合 假 设 的 朗格 缪 尔 一 谢 尔 伍 德 ( — 机 理 , 服 从 准 二 级 反 应 动 力学 方 程 , 观 活 化 能 为 5 .0k/ l指 前 因 子 欣 LH) 且 表 04 J , mo
化 学试 剂 厂 生 产 ; 硝 酸( 5 ~ 6 %) 沈 阳化 浓 6% 8 , 学试 剂厂 生产 。
的 6 % ~ 7 %。 因此 , 催 化法 在 实 际应 用 中受 0 5 碱 到很大 限制 l。据统 计 , 物柴 油制备 成本 的 7 % 3 ] 生 5 左右 是 原料 成 本 , 因此 应 采 用廉 价 的 原料 以 降低 成 本 。廉 价 原 料 中( 油脚 、 如 餐饮 业 废 油 脂 、 煎 废 炸 油和非 食 用油 等 ) 的游 离脂 肪酸 含量 高 , 类 物 碱 质 不适 合 作 为 催化 剂 , 而酸 类 可 作 为 有效 的 催 化 剂 。酸催 化法 生产 生物 柴油 可 以采 用一 步催 化 法 和 两步 法 来 制 备生 物 柴 油 , 常用 的 酸 催 化 剂有 硫 酸、 酸、 盐 苯磺酸 和 磷酸 等 , 但存 在反 应温 度较 高 、 醇油 比高 、 蚀设 备和 污染环 境等 问题 ] 腐 。因此 , 研究环保、 高效 的 酯 化 催 化剂 成 为 利 用 廉价 原 料 生产 生物柴 油迫 切需要 解决 的问题 。 F S 酸 催 化 反 应 中 , 别是 在 高 酸 值 e( O )在 特
老化 2 , l0℃下干 燥 2 , 磨形 成 1 0 4h后 在 l 4h 研 0
目固体 。用 F S 表示 为 F ) e( O )( S 溶液浸 渍 2 , 4h
收稿 日期: 0 9 1-4 修改稿收到 日期 : 0 0O .O 2 0 —10 ; 2 1一12 。 作者 简介: 任立 国, 硕士学位, 男, 教授 。
为 1 2 0( l ) ・ ~。 . ×1 mo/ ~ h 2 L
关键 词: 溶胶. 凝胶 硫酸铁 固体酸 酯化 动力学
1 前
言
溶解 , 于从 反应 物 中分 离而 且 易流 失 。 目前 , 难 已
经开 发 了不 同载 体 负 载 的 F ,S 化 剂 【“。 e( O )催 I】
处理 中的应用和 改进生 产工艺奠 定理论基 础 。
2 实 验 21 试 剂 与仪器 .
正 硅酸 乙 酯 , 析 纯 , 分 天津 市光 复 精细 化 工研 究 所生 产 ; 丙醇 , 析 纯 , 阳市 东新 试 剂厂 生 异 分 沈 产 ;油酸 , 析 纯 , 阳新 西 试 剂 厂生 产 ; 水 乙 分 沈 无 醇 , 析纯 , 阳新化试 剂 厂生产 ; 合硫 酸铁 , 分 沈 水 分 析 纯 , 阳市 试 剂 五 厂 生 产 : H, 析 纯 , 州 沈 KO 分 锦
22 F 2S )SO2 . e(O43 i 固体酸 的制备 /
取 20m 0 L正硅酸 乙酯、 0 20mL异 丙醇 、 0 20mL 水 , 浓 硝酸 调 节 p 值 为 3 加 入 2 0mL水 , 用 H , 0 在
搅拌 下慢慢 加热 至 8 C, 解 3h得淡绿 色凝胶 , 0。 水
生 的 绿 色 能 源 —— 生 物 柴 油 成 为 世 界 各 国研 究 的 热 点_ 】 目前 , 物 柴 油 的 制 备 大 都 选 用 碱 】。 。 生 催 化 法 , 业 上 多 采 用 Na H和 KO 因 为 它 工 O H,
较 少 。本研 究用 溶胶. 凝胶 法和 浸渍法 制备二氧 化
石 油艨制 与记 二
基蠢愧 一 茸 t
刚 Ro № oc
zo 的酯 化反应及其 动力 学研 究
任立 国 高文艺 余济伟 , ,
( . 宁石 油化 工大 学 化 学 与 材料 科 学 学 院 , 顺 13 0 ;2 抚 顺石 化 公 司催 化 剂 厂 ) 1辽 抚 10 1 .
石 油价 格 的不 断 攀 升 、 物 质能 源 日益 短 缺 矿 以 及 大量 矿 物 质 能源 的使 用 给环 境 带 来 酸 雨 、 温
另外 , 酯化 反应 的动力学研 究涉 及到的 多是 一些短
链 醇或酸 , 而对长链 脂肪 酸酯化 反应的动 力学研究
室 效 应等 诸 多 危 害 , 使 对 环 境 友好 的清 洁 可再 促
硅 负 载 的 硫 酸铁 [e( O ) SO ] 体酸 催 化 剂 , F S 3 i 固 / 以油酸 与乙醇 的酯化 为模型 反应 , 究反应条件 的 研
们 的价 格 低廉 且 碱 催 化法 是 不 可 逆过 程 , 低 温 在 下 可 获 得较 高 产 率 , 但要 求原 料 中的 总游 离 脂 肪
酸 ( F ) 量 分 数 小 于 05 总 水 质量 分 数 在 F As 质 . %、 01 ~ 03 . % .%。为 了满 足这种 苛 刻的原 料 油规格 , 必 须 使用 高 的 精炼 油 , 种 油 的价 格 占最 终 成本 这
影响 以及反应 动力学 , 为该催化 剂在高 酸值原料 预