杂多酸催化剂

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1、题目杂多酸催化剂姓名与学号张凌烽1108010236指导教师孟锦宏　　年级与专业2011级化学工程与工艺　所在学院　　环境与化学工程学院　摘要杂多酸是固体酸的一种,具有着独特的氧化还原性,酸性以及双功能性,在许多化学反应中能够表现出很强的催化活性。杂多酸这种绿色、无毒、无腐蚀性的环保型催化剂己在多种有机反应中实现了成功应用,如:酯化醚化、缩合反应、酰基化、烷基化、水合脱水和聚合反应等,反应中呈现出反应活性高、腐蚀性小、污染率低等诸多优点,但由于杂多酸比表面积小、热稳定性低、回收困难等问题使得杂多酸在催化领域的应用受到了一定的限制。关键词：1绪论1.1前言绿色化学是近十年来在化学领域内提出

2、的新名词,绿色化学又被称为“环境友好化学“、“清洁化学”、“环境无害化学”。这种发展趋势已涉及到分子合成、生物技术、化学分析等许多领域,内容丰富,应用广泛。绿色化学的最大优势在于通过科学的手段在化学反应的起始与末端进行有效的防控干预,使反应中无副产物,真正实现零排放,彻底无污染,化学绿色化是新时代里化学发展的主要研究方向。无机酸是许多化工产品生产中必不可少的、非常重要的常规催化剂,传统无机酸类催化剂主要有浓硫酸、三氯化招、浓憐酸等。这类酸催化剂在反应中有许多优势,如工艺成熟、催化效率高、价格低廉,但此类催化剂最大的缺陷在于:副反应多、腐烛性强、设备要求高、后处理繁杂,无法满足环保技术的要

3、求,为了克服诸多缺点,人们开发、研制了许多新型催化剂,如固体酸、杂多酸和离子交换树脂等。杂多酸是一类含有氧桥的多核高分子化合物,无论是均相反应体系,还是非匀相反应体系,杂多酸均可作为酸催化剂,氧化还原型催化剂及双功能型催化剂,广泛应用于各类有机反应催化当中,如:酯化酸化、缩合反应、酰基化、烧基化、水合脱水、聚合反应等,反应中呈现出腐烛性小,活性高,污染率低等诸多优点。二十世纪七十年代,憐鹤酸催化丙稀水合制备异丙醇在R本成功投入工业生产。目前,以杂多酸为催化媒介并实现工业化生产的的重要有机合成反应已达十几种随着科学研究的不断开拓深入,杂多酸类化合物在工业催化领域的开发将越来越深入。1.2多

4、酸化学简介时至今日,多酸化学的发展己有200年的历史,进入新世纪后,多酸化学走进了一个薪新的发展时代“?”。多酸分子中的金属离子通常具有d"电子构型,最具代表性的是鹤原子和销原子,也是构成多酸的主要元素。多酸的立体结构中,八面体和四面体成为多酸的主要建筑块,这些八面体或四面体通过边、角、面进行连接,形成了许多具有多种特殊功能和结构的多金属阴离子,科学家们根据组成和结构的不同,多酸被划分为杂多酸与同多酸两类[1]。1.2.1杂多酸分类同多酸与杂多酸的分类是根据分子组成中是否存在杂原子来判断,若多酸组成元素是由杂原子构成的称为杂多酸,反之,称为同多酸⑸,妈、钼、锐、银、担是多酸中较为常见的配

5、原子,同时,杂多酸中心杂原子可以由数十种元素构成,主要分布在周期表中过渡金属元素区以及非金属区,由于构成的杂原子通常以多种不同价态分布于多酸的阴离子中,使得杂多酸种类极其繁多,为杂多酸的生产应用奠定了基础。1.2.2杂多酸结构由于可能有不同的增补原子和杂原子结合，因此有许多不同的杂多酸。知名度较高的二种分别是Keggin结构HnXM12O40及Dawson结构HnX2M18O62。图1-1Keggin结构，XM12O40n−图1-2Dawson结构，X2M18O62n−以下是一些杂多酸的例子：H4Xn+M12O40，X=Si,Ge;M=Mo,WH3Xn+M12O40，X=P,As;M=M

6、o,WH6X2M18O62，X=P,As;M=Mo,W1.2.3杂多酸性质杂多酸具备有很多特殊性质,这要归因于杂多酸较大体积的阴离子,规则的面体八面体使杂多酸阴离子的对称性非常好,电荷密度较低。杂多酸分子中的质子容易解离,而显现强酸性,且酸性强度大于相应中心原子或配位原子所形成的无机酸,另外过渡金属元素所构成的杂多酸阴离子有着易于传递电子的特性,故而可以接受另外的电子,这种双功能性使杂多酸成为具有特殊性质的催化剂。杂多酸分子内含有多个质子,物理形态呈固态,是典型的固体酸,溶于水后测定的酸强度结果显示,其酸性强度通常强于常见的无机酸类。杂多酸分子中还含有经基,根据相似相容性原理,杂多酸能够

7、溶解在强极性小分子溶剂里。在水溶液中甚至能够完全电离出3个质子。但在有机大分子溶剂内解离的较慢,其酸性强弱变化顺序为H3PW12O40>H4PW11O40>H4PMo12O40~H4SiW12O40>>HCL、HNO3[2]。也正由于杂多酸分子不易溶解于弱极性大分子或非极性试剂中,在某些反应中,杂多酸可作为固体酸催化剂,这使杂多酸在工业领域内的催化应用具有更大意义。由于杂多酸结构存在可调解性,将中心原子、配位原子通过这种调节作用改变