硫酸钛的催化活性研究

发布日期:2025/2/12 9:12:34

前言

传统化学工业中酸催化过程不少，如缩酮化反应，酯化反应等。缩酮和羧酸酯的品种多，产量大，应用广泛。传统生产工艺中，大多采用液体H2SO4作催化剂，由于H2SO4的酸性强，且具有脱水性能和氧化性能，导致生产中的副反应多，“三废”的排放量大，给环境保护造成很大压力。要缓解或消除这种压力，应采用温和的固体酸，已有不少新的尝试，固体酸催化剂硫酸钛就具有较好的催化酯化性能，但该化合物易潮解。本文中将硫酸钛焙烧，使其部分分解，目的在于既保持原有的活性结构，又消除吸湿性，提高稳定性。

硫酸钛

催化活性

催化剂制备及表征：取一定量的硫酸钛，研细后，置于坩锅中，在马福炉中分别于400、450和500℃焙烧3h，冷却后研磨，过0.149mm筛，干燥保存备用，制得样品分别记为T400、T-450、T-500。

催化缩酮合成活性：以环己酮缩1,2-丙二醇的反应为探针，考察催化剂的活性。环己酮及1,2-丙二醇用前经4A分子筛干燥，重蒸。反应条件如下：环己酮0.20mol，1,2-丙二醇0.26mol，甲苯20mL，反应温度140℃，3种硫酸钛催化剂T400、T450、T-500的用量均为0.8g，至无水分出时停止反应，所需时间分别为50、60和75min，产率分别为89%、89%和88%。说明3种硫酸钛催化剂均有较好的活性，最后的产率无差异，但催化活性的差异表现在反应时间上。焙烧温度较低的，反应时间较短，催化活性较好；焙烧温度较高的，反应时间较长，催化活性较差。这种差异正好对应于催化剂表面B酸量的变化。

催化酯化活性：以丁二酸二丁酯的合成为探针反应，考察催化剂的催化酯化活性，反应中为了保证充分的回流，丁醇过量较多。3种硫酸钛催化剂T400、T450和T-500的用量均为1.0g，其它反应条件如下：丁二酸0.2mol，丁醇0.7mol，油浴加热温度145~148℃，至无水分出时停止反应，所需时间分别为80、100和120min，相应的转化率分别为96.9%、97.0%和96.7%。所得混合物经碱洗、水洗、干燥、脱醇、减压蒸馏，收集130~132℃/2kPa的馏分，气相色谱测得含量为99%，IR谱图中在1743cm^-1处有酯羰基的特征吸收峰，与结构相符。因此，3种硫酸钛催化剂均有较好的催化酯化活性，最后的产率无差异，差异同样体现在反应时间上，且与上述催化缩酮化反应的活性顺序一致。