11钨镉三元杂多阴离子层状化合物的合成、表征及催化活性毕业论文.doc

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1、毕业设计（论文）题目 11-钨镉三元杂多阴离子层状化合物的合成、表征及催化活性院 （系） 化学与化学工程学院专业班级 学生姓名 指导教师 成绩年 6月10日 摘 要本文采用直接合成的方法合成了具有Keggin结构的11-钨镉三元杂多酸盐，分别为K8NiCd(H2O)W11O39、K8CuCd(H2O)W11O39、K8ZnCd(H2O)W11O39、K8FeCd(H2O)W11O39、K8CoCd(H2O)W11O39、K8MnCd(H2O)W11O39，并用离子交换法将已合成的11-钨镉三元杂多酸盐嵌入到Zn2Al类水滑石中，得到杂多阴离子层状化合物：Zn2Al-K8 MCd(H2O)W11

2、O39 (M = Ni2+、Cu2+、Fe2+、Zn2+、Co2+ 、Mn2+)，记作 LDH- K8 MCd(H2O)W11O39 （M=Ni2+、Cu2+、Fe2+、Zn2+、Co2+、Mn2+），并用IR、UV、TG-DSC对杂多酸盐进行表征，用IR、X射线粉末衍射、TG-DSC对杂多阴离子层状化合物进行表征。结果表明，三元杂多阴离子嵌入到水滑石层间后，仍然保留了其Keggin结构。利用已合成的杂多阴离子层状化合物来催化合成乙酸正丁酯，得出最佳的催化条件，并考察几种杂多阴离子层状化合物的催化活性，实验结果表明，杂多阴离子层状化合物在酯化反应时有良好的催化活性。关键词：三元杂多阴离子；层状

3、化合物；Keggin 结构；酯化反应AbstractIn this paper, the direct synthesis method of synthesis of a Keggin structure 11 - tungsten cadmium ternary heteropoly salt，Respectively，they are K8NiCd(H2O)W11O39、K8CuCd(H2O)W11O39、K8ZnCd(H2O)W11O39、K8FeCd(H2O)W11O39、K8CoCd(H2O)W11O39、K8MnCd(H2O)W11O39And using the ion-exc

4、hange method to the synthesis of 11 - tungsten-cadmium ternary heteropoly salt respectively embedded in the Zn2Al Hydrotalcite, layered compounds of the heteropolyanion，get Heteropoly anionic layered compounds, they are Zn2Al-K8 MCd( H2O)W11O39 (M = Ni2+、Cu2+、Fe2+、Zn2+、Co2+ 、Mn2+)，marked LDH- K8 MCd

5、( H2O)W11O39 （M=Ni2+、Cu2+、Fe2+、Zn2+、Co2+、Mn2+），ternary heteropoly salts were characterized by IR, UV and TG-DSC，and layered compounds of the heteropolyanion were characterized by IR, X, X-ray powder diffraction and TG-DSC。The results showed that ternary heteropolyanion embedded in the hydrotalcite i

6、nterlayer, still retains its Keggin structure。The synthesis of the heteropolyanion layered compounds to catalyze the synthesis of butyl acetate, come to the best catalytic conditions, and studied the catalytic activity of several heteropolyanion layered compounds, layered compounds of the experiment

7、al results show that the heteropolyanionexcellent catalytic activity in the esterification reaction。Key words: Ternary Heteropoly-Anion; Layered Compounds; Keggin Structure;Esterification目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 层状化合物（水滑石）的概论11.2 层状化合物(水滑石)的基本结构11.3 层状化合物的合成方法21.3.1 共沉淀法21.3.2 离子交换法31.3.3 焙烧还原法31.

8、3.4 水热合成法31.4 水滑石类层状化合物的应用41.4.1 医药方面的应用41.4.2 阻燃材料方面的应用41.4.3 塑料工艺中的应用51.4.4 作为紫外吸收阻隔材料51.4.5 作为红外吸收阻隔材料51.4.6 环境保护方面的应用61.4.7 水处理方面的应用61.4.8 离子交换和吸附方面的应用61.4.9 催化方面的应用61.4.10 用作抑菌剂71.5 本文的研究方向和目的7第二章 实验部分12.1 实验仪器及试剂12.1.1 实验仪器12.1.2 实验试剂12.2 原料的制备22.2.1 Zn2Al的制备22.3 杂多酸盐的合成22.3.1 K8NiCd(H2O)W11O3

9、9的合成22.3.2 K8CuCd(H2O)W11O39的合成32.3.3 K8FeCd(H2O)W11O39的合成32.3.4 K8ZnCd(H2O)W11O39的合成32.3.5 K8CoCd(H2O)W11O39的合成42.3.6 K8MnCd(H2O)W11O39的合成42.4 三元杂多阴离子层状化合物42.5 催化活性42.5.1 酯化反应52.5.2 催化剂的重复使用5第三章 结果与讨论63.1 紫外光谱63.2 红外光谱73.2.1 杂多酸盐的红外分析73.2.2 粘土的红外分析83.2.3 三元杂多阴离子层状化合物的红外光谱分析83.3 X射线粉末衍射93.3.1 粘土的X射线

10、粉末衍射103.3.2 杂多阴离子层状化合物的X射线粉末衍射103.4 TG-DSC分析113.4.1 杂多酸盐的TG-DSC分析113.4.2 杂多阴离子层状化合物的TG-DSC分析113.5 催化活性123.5.1 不同的酸醇摩尔比对酯化率的影响123.5.2 不同的反应时间对产品酯化率的影响133.5.3 不同的催化剂用量对产品酯化率的影响133.5.4 不同的反应温度对产品酯化率的影响133.5.5 同一催化剂重复使用对产品酯化率的影响143.5.6 不同的催化剂对产品酯化率的影响14结论16参考文献17致 谢1818第一章 绪论1.1 层状化合物（水滑石）的概论水滑石类层状化合物于1

11、842年首次在瑞典被发现，是近年来发展迅速的一类阴离子型粘土，其在自然界中的含量很少，是一类由带正电荷的水镁石层结构和层间填充带负电荷的阴离子所构成的层柱状化合物，具有广阔的应用范围。它所具有的层状结构和蒙脱土类阳离子粘土的十分相似，但是也有不同之处，水滑石类层状化合物的整体支架是阳离子，其板层之间为阴离子，而且显碱性，填入不同的离子半径的阴离子可以改变层间距。因为一般情况下，两种不同金属的氢氧化物是构成它们的主要成分，所以又将它们叫做层状的双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，简称为LDHs)。我们经常用到的Mg/Al 组分的层状的含两种金属的氢氧化物，它们被叫

12、做水滑石(Hydrotalcite，简称HT)；含有其他金属的层状的两种金属的氢氧化物则称为类水滑石(Hydrotalcite like compound，简称HTlc)；通常把水滑石和类水滑石的插层化学产物叫做柱撑水滑石(Pillared Hydrotalcite)。我们通常统称水滑石、类水滑石和柱撑水滑石为水滑石类材料1。由于水滑石类材料的特性，为了得到不同物理、化学性质的水滑石类层状化合物，我们可以尝试着调整金属离子，改变阴离子的大小和种类，这样我们就可以得到具有不同性能的水滑石类材料。1.2 层状化合物(水滑石)的基本结构水滑石是水滑石类化合物中最具代表性的一类化合物，它们的分子式为M

13、g6A12(OH)16CO34H2O，其主体层板结构与水镁石Mg(OH)2的结构十分类似，Mg2+为水滑石的结构中心，OH-位于6个顶点上，且由相邻的MgO6八面体共用棱构成了一个单元层(层板厚度约0.47nm)，层与层间对顶地叠在一起，层间是通过氢键的方式进行缔合的。位于层上的 Mg2+可在一定范围内被半径相似的Al3+同晶取代，这样就使得主体层板永久的带有正电荷；可交换的阴离子CO32-位于中间层，它所带的负电荷与层上的正电荷可以平衡，这样使得这一结构就呈现电中性。此外在层间的其余空间，存在一些结晶水，这些水分子可以在不破坏层状结构的条件下去除。LDHs中的Mg2+、A13+被其它M2+、

14、M3+同晶取代可以得到结构相似的水滑石类化合物，它们具有以下的化学组成通式：M2+1-xM3+x(OH)2z+An-z/nmH2O，结构与水滑石的结构相同，只是阴离子及阳离子种类数量不同2。LDHs的结构如图1-1 所示3。图1-1 水滑石类化合物结构图1.3 层状化合物的合成方法镁铝水滑石是天然存在的水滑石的主要种类，且CO32-是其层间阴离子的主要种类。为了满足研究和应用的需求，我们必须合成出其他HTlc，它们是由不同的层、柱组成。通常我们采用共沉淀法、离子交换法、焙烧还原法和水热合成法来合成水滑石4。1.3.1 共沉淀法共沉淀法是合成HTlc最常用的一种方法，水滑石层状化合物主要是由金属离子的混合溶液构成的，共沉淀就是由这些金属离子的混合溶液和碱一共同作用的结果。造成过饱和的条件是共沉淀反应能够发生的基本条件。在合成HTlc的过程中，我们最常用的方法是调节pH值的方法，特别值得注意的是，沉淀的pH值必须不小于溶解度较大的金属氢氧化物沉淀的pH值。共沉淀法分为低过饱和度法和高过饱和度法：(1)低过饱和度法是将一定量的M(II)的溶液和M(III)的溶液混合，另一种溶液是碱液，我们需要同时控制相对滴加速度，缓慢地加入到另一个容器中，pH值由队相对滴加的速度的控制来调节。(2)高过饱和度法是在剧烈搅拌下，将混合溶液快速加入到碱液