乳化劑司盤對固體超強酸催化性能的影響研究

王雙，譚莉，傅小奇

(江蘇大學 材料科學與工程學院，江蘇 鎮江 212013)

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

硝酸鋯、司盤20/40/80/85、硫酸、鄰二甲苯、苯乙烯、硝酸銨均為分析純；柴油，購自本地加油站。

Bruker D8 X射線粉末衍射儀(XRD)；JEM-2100型透射電子顯微鏡(TEM)；Thermo Fisher Nicolet iS50型紅外光譜儀；配置FID檢測器的Agilent 7890A型氣相色譜儀。

1.2 催化劑制備

1.2.1 ZrO2的制備 首先，將21 g硝酸鋯和30 g硝酸銨加入6 mL去離子水中，加熱至80 ℃使其完全溶解。然后，依次加入0.9 g司盤20和2.7 g柴油，劇烈攪拌形成均勻的油包水乳糊。最后將油包水乳糊置入馬弗爐中，600 ℃煅燒1 h后得到白色 1-ZrO2粉末。使用不同碳鏈的司盤40、80、85，采用相同的合成方法獲得2-ZrO2、3-ZrO2、4-ZrO2粉末。

1.3 烷基化催化反應

2 結果與討論

2.1 結構表征

圖1 司盤20/40/80/85的分子結構式Fig.1 Molecular structure of Span 20/40/80/85

2.1.1 XRD分析 圖2為納米x-ZrO2(x=1，2，3，4)的XRD圖。

圖2 ZrO2粉體的XRD譜圖Fig.2 XRD patterns of ZrO2 samples

2.1.2 形貌分析 圖3為納米x-ZrO2的TEM圖。

圖 的TEM圖

由圖3可知，所合成的x-ZrO2都呈現出帶有多孔的餅干狀的多面體，粒徑從20～80 nm不等。從之前的工作中得知[11]，硝酸銨和Zr(NO3)4熱解過程中會產生大量的氣態副產物，如 NO2、NO、N2、NH3和H2O。突然大量釋放的氣體導致ZrO2膨脹成具有大量納米孔的餅干狀納米顆粒，其孔徑為 2.3～4.6 nm。有意思的是，納米孔的尺寸隨乳化劑的碳鏈長度逐漸增加。認為乳液中的W/O液滴隨司盤碳鏈長度的增加而增加，致使ZrO2納米孔尺寸的增加。納米孔的存在可以增加與反應物的接觸面積，提高催化反應效率。同時W/O系統也有利于限制ZrO2的嚴重聚集。

表1 樣品的酸強度Table 1 Acid strength of the sample

圖4 ZrO2和的紅外吸收光譜圖Fig.4 Infrared spectra of ZrO2和

2.2 催化性能評估

圖5 催化反應路徑示意圖Fig.5 Scheme of catalytic reaction path

表3 反應時間對催化性能的影響Table 3 Effect of reaction time on catalytic performance

3 結論