鐵摻雜介孔非均相催化劑催化合成芐基甲苯

陳昭逸

摘 要 以磁性（Fe3O4）為載體、硅酸鈉（Na2SiO3）溶液為包覆劑、六偏磷酸鈉為分散劑，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%HNO3溶液（含F(xiàn)e（NO3）3·9H2O）為鐵源，利用溶膠-凝膠法制備核殼型鐵摻雜二氧化硅非均相催化劑，最后應(yīng)用于催化傅-克烷基化反應(yīng)，檢驗其催化效果。此催化劑可利用磁性進(jìn)行分離、回收，且可循環(huán)利用。

關(guān)鍵詞 鐵摻雜催化劑 非均相催化劑 傅-克烷基化

中圖分類號：TQ426.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Friedel―Crafts（以下簡稱傅-克）烷基化無論在實際生活中還是在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中都有較重要的地位。傳統(tǒng)的傅-克烷基化催化劑有比較均一的活性中心以及其催化機(jī)理易于深入研究，但是此類均相催化劑存在著用量大、無法回收、分離工藝較復(fù)雜、腐蝕設(shè)備嚴(yán)重、環(huán)境污染較嚴(yán)重等一系列問題，因此研究開發(fā)新型的、環(huán)境友好型的傅-克烷基化催化劑受到人們廣泛關(guān)注。

隨著綠色化學(xué)的提出，對“環(huán)境友好型催化劑”――固體酸催化劑受到人們廣泛的研究。固體酸堿催化劑具有高溫穩(wěn)定性好、高活性、易回收再利用、成本低、對環(huán)境無污染、可循環(huán)利用、腐蝕性小等優(yōu)點，所以取代了許多經(jīng)典的工業(yè)均相酸堿催化劑。固體酸催化劑的基體材料主要有高嶺土、介孔分子篩、稻殼灰、蒙脫土、陶瓷等，尤其是無機(jī)材料SiO2為骨架的催化劑具有潛在的應(yīng)用價值。

催化技術(shù)對現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)、石油加工工業(yè)、食品工業(yè)和精細(xì)化學(xué)品工業(yè)至關(guān)重要。目前，90%以上的化工產(chǎn)品均是借助于催化劑生產(chǎn)出來的。我們將催化體系分為均相催化、非均相催化和酶催化。

均相催化包括氣相均相催化（如NO催化SO2氧化為SO3）和液相均相催化（如用酸堿催化醇和酸的酯化反應(yīng)），以液相均相催化應(yīng)用較廣泛。

非均相催化包括氣-液相催化（如環(huán)己烷氧化制備環(huán)己酮），氣-固相催化（如苯加氫制備環(huán)己烷），液-固相催化（如銀催化過氧化氫的分解），氣-液-固相催化（如鈀催化硝基苯加氫制備苯胺），以氣-固相催化體系最為常見。

Farook Adam等人通過溶膠-凝膠法從核殼灰中制備鐵摻雜非均相催化劑，并應(yīng)用于傅-克烷基化中，結(jié)果證明催化劑效率非常高，合成的大部分產(chǎn)物均為單芐基甲苯。

Adil Elhag Ahmed等人研究Ga、In、Fe分別摻雜于SiO2制備出非均相催化劑，用于芐基化反應(yīng)，結(jié)果證明鐵摻雜的非均相催化劑催化效率最高。

Roland Schmidt， M.Bruce Welch等人利用Fe2+摻雜的非均相催化劑催化乙烯的聚合。鐵來源簡單、便宜，所制備的催化劑條件不苛刻，對環(huán)境無污染以及催化效率較高。

王政、陳娟等人以類苯環(huán)形HZSM-5分子篩為核，通過動態(tài)水熱法合成了HZSM-5/Silicalite-1復(fù)合分子篩催化劑，催化甲苯甲醇烷基化，結(jié)果表明此分子篩催化劑具有較高效率以及選擇性。

近年來，鐵的氧化物及錳、鎳、鋅鐵氧化體磁性粒子由于其獨特的磁性、光學(xué)性能受到人們廣泛關(guān)注并被應(yīng)用到超高密度信息存儲，磁密封，振動阻尼，位置感應(yīng)，生物學(xué)跟蹤、成像、探測分離，固定目標(biāo)藥物傳輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域。

近年來廣泛應(yīng)用于催化劑的基體為二氧化硅，但二氧化硅本身化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不具備催化活性，常常采用物理或化學(xué)吸附、同晶取代硅骨架。但是吸附制備出的非均相催化劑催化時不穩(wěn)定，容易失去吸附的離子；相對比較起來離子同晶取代二氧化硅的Si骨架，不僅引入了路易斯酸的活性中心，還在催化反應(yīng)中表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性。

張秀娟等人以稻殼灰為硅源，通過凝膠-溶膠法制備出鐵摻雜二氧化硅非均相催化劑，并應(yīng)用于甲苯與氯化芐的烷基化反應(yīng)中，檢驗催化效果，得到產(chǎn)率較高的產(chǎn)物。

芐基甲苯的合成是典型的傅-克烷基化反應(yīng)。芐基甲苯具有沸點高、粘度低、耐高（低）壓電性、物化性能穩(wěn)定等特點，廣泛應(yīng)用于高溫導(dǎo)熱油、電容器的浸漬劑、變壓器的絕緣油、彩色攝影方面等等。

芐基甲苯主要有以下幾種合成方法：

（1）以溴化芐和甲苯為原料、GaBr3為催化劑催化芐基化反應(yīng)，產(chǎn)率可達(dá)到65%左右；

（2） 以氯化芐和甲苯為原料、各種烷基化催化劑催化反應(yīng)，如AlCl3、FeCl3、ZnCl2、ZnO、TiO2等進(jìn)行芐基化反應(yīng)；

（3）苯以及芐基甲苯基甲苯；

（4） 以苯、甲苯、二氯甲烷為原料、無水三氯化鐵、三氯化鋁為催化劑催化反應(yīng)，合成芐基甲苯、二苯甲烷、二甲苯基甲烷等；

（5） 以甲苯、苯、甲醛為原料，以硫酸乙酸為催化劑催化反應(yīng)，合成芐基甲苯、二苯甲烷、二甲苯基甲烷等；

除了上述幾種催化劑外，固體酸催化劑也對傅-克烷基化反應(yīng)有較高的催化劑效率。不僅如此，固體酸催化劑（也稱非均相催化劑）具有合成條件簡單、與產(chǎn)物易分離、節(jié)約資源、不污染環(huán)境等優(yōu)點，廣泛受到人們親睞。

參考文獻(xiàn)

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