一种新型固体酸催化剂的合成与应用及其反应机理研究

摘要酸催化化学反应广泛涉及化工、制药等行业，固体酸催化剂与液体酸催化剂相比具有很多优点。随着人们环保意识的加强和对环境保护要求的日益严格，固体酸催化剂成为催化化学领域的研究热点。离子交换树脂和有机-无机混合磷酸锆是两种不同的固体酸催化剂，各有优缺点。离子交换树脂制备简单、价格低廉，但操作温度不高。有机-无机混合磷酸锆操作温度较高，但制备工艺复杂，成本较高。本文的目的就是将这两种催化剂有效结合起来，互相改性，合成一种高质量、低成本的固体酸催化剂。该实验以次磷酸为调聚体，一步合成低聚苯乙烯基亚磷酸酯，为离子交换树脂与有机-无机混合磷酸锆的有效结合奠定了良好的基础。论文首先研究了AIBN和BPO两种不同引发剂对自由基反应合成低聚苯乙烯基亚磷酸的反应机理的影响，发现在两种不同引发剂作用下，自由基反应的反应机理不同。首次合成了二氧化锆负载的新型固体酸ZSPSP/ZrO2。利用IR、MS、TG、DSC、SEM及化学分析等对实验过程进行了表征，较为完整地描述了该固体酸的酸性。论文考察了ZSPSP/ZrO2在催化酯化反应、缩醛（酮）反应及离子交换方面的性能。结果表明，Z ＳＰＳＰ／Z rＯ：具有较高的催化活性和一定的重复使用性，其使用温度比磺酸树脂高50 ℃左右。离子交换性能研究表明该固体酸是一种具有一定选择性的离子交换剂。本文还研究了Z ＳＰＳＰ／Z rＯ：催化氯乙酸与乙醇的酯化反应的动力学行为，对反应级数、表观活化能、平衡常数、反应热、反应机理等进行了初步探讨。采用一步法合成的低聚苯乙烯基亚膦酸是一种新型的遥爪低聚物，丰富了遥爪低聚物的研究内容。 Z ＳＰＳＰ／Z rＯ：的合成成功实现了离子交换树脂与有机-无机混合磷酸锆的相互改性，大大拓宽了磺酸树脂的使用温度范围，降低了有机-无机混合磷酸锆的成本，改善了合成工艺条件。关键词：反应机理，固体酸催化剂，磺化聚苯乙烯，阳离子交换树脂，有机-无机混合磷酸锆，酯化反应，反应动力学