球形核壳结构磁性碳基固体酸的制备及应用

刘姗姗，孙昆仑，何建英，陈丹云

(河南大学 化学化工学院 精细化学与工程研究所，河南 开封 475004)

众所周知，酸催化在化学品生产中占据重要地位，如酯化、异构化、烃类裂解、烷基化和烯烃水合等反应普遍采用酸催化［1-2］。而传统的液体酸催化剂硫酸虽价格低廉、酸性强、催化效率高，但作为催化剂存在与产品难分离、腐蚀设备、选择性差、生产过程产生的废液严重污染环境等不足［1-2］。研发固体酸催化剂代替液体酸成为未来催化剂发展趋势之一。目前以廉价易得的生物质为碳源，经碳化、磺化制得的碳基固体酸由于制备方法简单、酸密度高、催化活性好、结构稳定，因而在现代绿色化工生产中有潜在应用前景［3-5］。为克服该催化剂与反应体系难分离的弊端，本实验采用水热法合成磁性Fe3O4粒子，葡萄糖为碳源水热碳化，对甲苯磺酸为磺化剂将Fe3O4@C 焙烧磺化，制得球形核壳结构磁性碳基固体酸Fe3O4@C-SO3H，通过FTIR、XRD、VSM 和TEM对其进行了表征并测定酸密度，并用于油酸和甲醇的酯化反应合成生物柴油。考察了催化剂用量、醇酸摩尔比、反应时间等因素对油酸酯化率的影响。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

FeCl3·6H2O、葡萄糖、对甲苯磺酸、无水乙酸钠、油酸、甲醇、无水乙醇、氢氧化钾等均为分析纯。

Avatar360 型FTIR 傅里叶变换红外光谱仪;DX-2500 型X 射线衍射仪;JEM 1200EX 型透射电子显微镜;ST.59-VSM 振动样品磁强计;CL-2 型恒温加热磁力搅拌器。

1.2 催化剂的制备

磁性Fe3O4合成参考文献［6］。按Fe3O4∶葡萄糖=1∶15(质量比)将Fe3O4和0.5 mol/L 葡萄糖溶液加入水热釜，搅拌30 min，180 ℃碳化4 h，磁性分离……