普鲁士蓝类配合物催化苯乙烯环氧化制备环氧苯乙烷的性质研究

【摘要】：随着人们环保意识的不断增强,生产环氧苯乙烷所造成的环境污染问题越来越受到广泛的关注。实现化工生产过程绿色环保化的呼声越来越高,而研发环境友好的化工工艺的关键是寻找高效稳定的催化剂。环氧苯乙烷是一种重要的化工产品,研究和开发绿色、高效的催化剂用于苯乙烯环氧反应生产环氧苯乙烷不仅具有重要的理论意义,而且在实际工业生产中也有广阔的应用前景。 本论文直接采用水溶液法合成了CuCo、FeCo、CuFe和NiFe几类普鲁士蓝类配合物(Prussian Blue Analogues,简称PBA),以能量色散谱仪(EDS)、X-射线衍射(XRD)、红外吸收(IR)等测试手段对样品的组成和结构进行了表征,研究了反应物浓度比和干燥条件对这些PBA结构的影响。并且以CuCoPBA、CuFePBA、 NiFePBA和FeCoPBA催化苯乙烯环氧化,发现其主要产物是苯甲醛和环氧苯乙烷。分别研究了反应物浓度比和干燥条件对这些PBA催化苯乙烯环氧化性能的影响,同时考察了反应温度、溶剂、时间、氧化剂以及氧化剂与苯乙烯的浓度比对CuCoPBA、CuFePBA催化反应转化率和选择性的影响,发现真空48h小时干燥得到的CuFePBA、CuCoPBA在较低的温度条件下可以实现非常高的转化率,选择性也超过50%,副产物比较少,对氧化剂利用率也高,比较符合绿色化学的要求,而且CuFePBA、CuCoPBA经过四次循环催化反应后,转化率和选择性依旧保持了较高的状态,表明CuFe、CuCoPBA催化剂具有比较好的稳定性,它们有实现工业应用的潜在价值。 另外,我们还利用微乳液法,在AOT微乳液中合成CoFePBA、ZnFePBA、 NiFePBA催化剂。通过与相同条件下水溶液合成的样品对比,发现在微乳液体系下,更容易得到还原态结构的PBA,其催化活性优于水溶液法合成的PBA。我们进一步研究了在微乳液法合成中水与表面活性剂的摩尔比(Rw)对CoFePBA和NiFePBA催化苯乙烯环氧化反应的影响,发现Rw对苯乙烯的转化率和环氧苯乙烷的选择性都有比较大的影响。 最后,我们对PBA催化苯乙烯环氧化反应的机理进行了初步的探讨 【关键词】：普鲁士蓝类配合物 催化剂 微乳液 苯乙烯环氧化 环氧苯乙烷
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ241
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-32
• 1.1 普鲁士蓝及普鲁士蓝类配合物概述8-12
• 1.1.1 普鲁士蓝类配合物的结构及研究进展8-10
• 1.1.2 普鲁士蓝类配合物作为催化剂的研究现状10-12
• 1.2 环氧苯乙烷简介12-23
• 1.2.1 环氧苯乙烷的性质和应用12-14
• 1.2.2 环氧苯乙烷的工业生产14-15
• 1.2.3 苯乙烯环氧化反应催化剂的研究进展15-23
• 1.3 微乳液制备纳米普鲁士蓝类配合物催化剂23-27
• 1.4 本论文的研究内容和创新点27-28
• 参考文献28-32
• 第二章 水溶液法合成CuCo PBA和FeCo PBA及其催化苯乙烯环氧化的性质研究32-50
• 2.1 实验部分32-34
• 2.1.1 化学试剂32-33
• 2.1.2 实验仪器33
• 2.1.3 表征方法及仪器33
• 2.1.4 水溶液法直接合成CuCo PBA和FeCo PBA33-34
• 2.2 CuCo PBA和FeCo PBA的表征34-38
• 2.2.1 CuCo PBA和FeCo PBA基本元素组成分析34-35
• 2.2.2 CuCo PBA和FeCo PBA的红外光谱分析35-36
• 2.2.3 反应物浓度比对CuCo PBA和FeCo PBA晶型的影响36-38
• 2.3 苯乙烯环氧化反应的实验方法、产物分析和数据计算38-39
• 2.3.1 苯乙烯环氧化反应的实验方法和步骤38
• 2.3.2 产物分析和气相色谱参数38-39
• 2.3.3 数据处理与计算39
• 2.4 反应温度对FeCo PBA催化性能的影响39-41
• 2.5 CuCo PBA催化苯乙烯环氧化反应条件的优化41-48
• 2.5.1 反应温度对苯乙烯催化环氧化反应的影响41-44
• 2.5.2 反应溶剂种类对苯乙烯催化环氧化反应的影响44-45
• 2.5.3 氧化剂对苯乙烯催化环氧化反应的影响45-46
• 2.5.4 苯乙烯与TBHP摩尔浓度比对苯乙烯催化环氧化反应的影响46
• 2.5.5 反应时间对苯乙烯催化环氧化反应的影响46-47
• 2.5.6 CuCo PBA催化剂的循环稳定性测试47-48
• 2.6 本章小结48-49
• 参考文献49-50
• 第三章 水溶液法合成CuFe PBA和NiFe PBA及其催化苯乙烯环氧化的性质研究50-68
• 3.1 实验部分50-52
• 3.1.1 化学试剂50-51
• 3.1.2 实验仪器51
• 3.1.3 表征方法及仪器51
• 3.1.4 水溶液法直接合成CuFe PBA和NiFe PBA51-52
• 3.2 CuFe PBA和NiFe PBA的表征52-56
• 3.2.1 CuFe和NiFe PBA元素组成分析52-53
• 3.2.2 CuFe PBA和NiFe PBA的红外(IR)光谱分析53-55
• 3.2.3 CuFe PBA和NiFe PBA的晶型的分析55-56
• 3.3 反应温度对NiFePBA催化性能的影响56-59
• 3.4 CuFe PBA催化苯乙烯环氧化反应条件的优化59-66
• 3.4.1 反应温度对苯乙烯催化环氧化反应的影响59-63
• 3.4.2 反应溶剂种类对苯乙烯催化环氧化反应的影响63-64
• 3.4.3 氧化剂对苯乙烯催化环氧化反应的影响64
• 3.4.4 苯乙烯与TBHP摩尔浓度比对苯乙烯催化环氧化反应的影响64-65
• 3.4.5 反应时间对苯乙烯催化环氧化反应的影响65
• 3.4.6 CuFePBA催化剂的循环稳定性测试65-66
• 3.5 本章小结66-67
• 参考文献67-68
• 第四章 微乳液法制备[Co、Ni、Zn]FePBA及其催化苯乙烯环氧化的性质研究68-80
• 4.1 实验部分68-70
• 4.1.1 化学试剂68
• 4.1.2 实验仪器68-69
• 4.1.3 微乳液法合成[Co、Ni、Zn]FePBA69-70
• 4.2 结果与讨论70-76
• 4.2.1 [Co、Ni、Zn]FePBA的红外光谱分析70-72
• 4.2.2 [Co、Ni、Zn]FePBA的X射线衍射分析72-74
• 4.2.3 水溶液法和微乳液法合成[Co、Ni、Zn]FePBA的催化性能对比.74-76
• 4.3 普鲁士蓝类配合物催化苯乙烯环氧化反应的机理76-77
• 4.4 本章小结77-78
• 参考文献78-80
• 在学期间的研究成果80-81
• 致谢81

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