近临界水中Ce-Zr复合金属氧化物催化丙酸液相酮基化反应的研究

作者：李彦辰; 吕喜蕾; 陈旭杰; 魏茜文; 蒋雨希; 田鹏辉; 吕秀阳^*

来源：高校化学工程学报, 2021, 35(06): 1001-1009.

• 液相酮基化
• 丙酸
• Ce-Zr复合金属氧化物
• 近临界水

酮基化反应是生物质基有机酸高值化利用的途径之一,能同时实现碳链增长和脱氧。针对生物质基有机酸很多情况下与水共存的现状,本研究提出了近临界水中有机酸直接液相酮基化制备长链酮的思路。以丙酸为模型物质,开展了铈(Ce)、锆(Zr)、锰(Mn)复合氧化物的筛选,得到了近临界水中丙酸液相酮基化较佳的复合金属催化剂Ce2Zr Ox。在340℃、Ce2Zr Ox催化下丙酸水溶液酮基化反应30 h,丙酸转化率为85%、3-戊酮收率达81.6%,而且该复合金属氧化物具有良好的重复使用性能。对部分Ce-Zr复合金属氧化物开展了X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积及微介孔分析仪(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、化学吸附仪(CO2-TPD)等表征,阐明了Ce2Zr Ox具有较高酮基化催化活性和水热稳定性的原因是形成了Ce-O-Zr固溶体结构、较高的氧空位浓度、较大的比表面积和较多数量的碱性位。此外,还开展了酮基化动力学研究,得到丙酸转化反应活化能为98.9 k J?mol-1、3-戊酮生成活化能为90.0 k J?mol-1、其他副产物生成活化能为105.7 k J?mol-1。研究工作可为高效、耐水性酮基化催化剂的研发提供借鉴。

• 单位
  生物工程学院; 浙江大学