一种固体酸催化剂的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开了一种固体酸催化剂的制备方法及其产品和应用。通过将原料在超声处理条件下进行混合，然后再进行水热处理得到镱和镥共掺杂的硅酸铋固体酸催化剂，超声处理能够促进晶型的完整，进而促进催化剂性能的提高，而且通过镱和镥的共掺杂进一步改善催化剂的酸性，提高催化剂性能，因而本发明专利技术的固体酸催化剂是用于催化转化丙烯酸苄酯的理想材料。

【技术实现步骤摘要】
一种固体酸催化剂的制备方法及其产品和应用
本专利技术涉及固体酸催化剂领域，尤其涉及一种固体酸催化剂的制备方法及其产品和应用。
技术介绍
丙烯酸酯类由于含有不饱和双键结构和极性分子衍生的官能团，可以构成多种多样不同应用性能的聚合物，其本身具有各种各样的优良特性，如化学稳定性、透明度高、颜色持久、韧性等，使得其在化工领域占有非常重要的位置，被广泛用于光敏固化剂、黏合剂、特种橡胶、涂料、塑料改性、合成树脂、印染、化纤、纤维处理、皮革生产、造纸等行业中。丙烯酸苄酯又称丙烯酸苯甲醇酯，由于其分子中含有苯环基团，常温常压下稳定，在胶黏剂工业、原油流动性改进、柴油降凝降黏方面都有十分重要的应用。而合成丙烯酸酯需要在固体酸催化剂存在的条件下才具有相对优异的收率，例如采用SO42-/MxOy型固体酸催化剂，其具有催化活性高、稳定性强、易于体系分离的特定，而为了改善该类催化剂表面的性质，增强催化剂酸性中心强度及稳定性，对载体及活性中心进行改性研究，如稀土金属改性、过渡金属改性等等，张琦等采用机械混合法制备了SO42-/SiO2-TiO2固体酸催化剂并用于催化乙酸和乙醇酯化反应，通过表征可以得出SiO2掺杂利于形成四方晶锐钛型TiO2及正交晶硫酸氧钛，增强了与SO42-作用。但是该类固体酸催化剂在制备过程中会用到硫酸或硫酸盐类物质，该类物质不易回收处理，而且易于造成水污染。因而急需开发一种新的固体酸催化剂以解决上述问题，而且还能够使得原料具有较高的转化率以及教导的收率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种固体酸催化剂的制备方法及其产品和应用。该固体酸催化剂通过将原料在超声处理条件下进行混合，然后再进行水热处理得到镱和镥共掺杂的硅酸铋固体酸催化剂，超声处理能够促进晶型的晶化，进而促进催化剂性能的提高，而且通过镱和镥的共掺杂进一步改善催化剂的酸性，提高催化剂性能，因而本专利技术的固体酸催化剂是用于催化转化丙烯酸苄酯的理想材料。本专利技术采用的以下的技术方案：一种固体酸催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将有机硅源、无水乙醇、水、硝酸进行混合，磁力搅拌，得到透明溶液；(2)将铋源添加到硝酸溶液中，磁力搅拌使其完全溶解；然后将镱源和镥源添加到上述溶液中，继续搅拌2～3h得到混合溶液；(3)将步骤(2)得到的混合溶液逐滴滴加到步骤(1)中的透明溶液，在搅拌条件下，逐滴滴加5～8mol/L的碱溶液以调节pH至13，然后超声处理30～40min得到悬浮液；(4)将步骤(3)得到的悬浮液转移到聚四氟乙烯反应釜中进行水热处理；自然冷却至室温，离心分离，采用蒸馏水3～5次，然后在80～100℃下干燥10～20h，得到镱和镥共掺杂的硅酸铋固体酸催化剂，其中镱的掺杂量为2～4wt％；镥的掺杂量为2～4wt％。优选的，在步骤(1)中，所述有机硅源、无水乙醇、水、硝酸的体积比为1:0.8～1.2:0.8～1:0.15～0.3。优选的，在步骤(1)中，磁力搅拌的转速为300～400rpm，搅拌时间1～3h。优选的，在步骤(1)中，所述有机硅源为正硅酸四乙酯，正硅酸四甲酯、正硅酸四丙酯、正硅酸四丁酯中的一种或几种。优选的，在步骤(2)中，所述铋源为硝酸铋、醋酸铋、氯化铋中的一种或几种；所述有机硅源和铋源的摩尔比为1:0.8～1；所述硝酸的体积为20～40mL，硝酸的浓度为4mol/L；磁力搅拌的转速为300～400rpm，搅拌时间1～3h。优选的，在步骤(2)中，所述镱源为硝酸镱、醋酸镱、氯化镱中的一种或几种；所述镥源为硝酸镥、醋酸镥、氯化镥中的一种或几种。优选的，在步骤(3)中，所述超声处理条件为40kHz、30W；所述碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。优选的，在步骤(4)中，所述水热处理为在200～220℃下水热处理40～50h。本专利技术的另一个技术方案是，基于上述制备方法制备的固体酸催化剂，所述固体酸催化剂为镱和镥共掺杂的硅酸铋固体酸催化剂，所述硅酸铋为Bi2SiO5，所述镱的掺杂量为2～4wt％；所述镥的掺杂量为2～4wt％。本专利技术的另一个技术方案是，基于上述固体酸催化剂的应用，将所述固体酸催化剂用于催化合成丙烯酸苄酯。采用本专利技术所提供的一种固体酸催化剂的制备方法及其产品和应用，有如下的技术效果：(1)通过超声辅助混合，能够充分促进原料的混合，有利于晶型晶化，进而促进固体酸催化剂的酸性的改善，提高固体酸催化剂的催化性能。(2)通过镱和镥共掺杂硅酸铋固体酸催化剂，利用两种的协同作用，显著改善了固体酸催化剂的酸性，提高了原料的转化率以及产物的收率。(3)本申请的制备方法简单，容易控制，制备的产品性能优异，而且有利于工业化生产。综上所述，本专利技术制备的一种固体酸催化剂，具有优异的催化活性，是用于催化转化丙烯酸苄酯的理想材料。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在所示的本专利技术实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种固体酸催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将2mL正硅酸四乙酯、2mL无水乙醇、1.8mL水和0.4mL硝酸进行混合，磁力搅拌，磁力搅拌的转速为350rpm，搅拌时间2h，得到透明溶液；(2)将8.1mmol硝酸铋添加到30mL4mol/L硝酸溶液中，磁力搅拌，磁力搅拌的转速为350rpm，搅拌时间2h，使其完全溶解；然后将硝酸镱和硝酸镥添加到上述溶液中，继续搅拌2.5h得到混合溶液；(3)将步骤(2)得到的混合溶液逐滴滴加到步骤(1)中的透明溶液，在搅拌条件下，逐滴滴加6mol/L的氢氧化钠溶液以调节pH至13，然后继续超声处理35min得到悬浮液，所述超声处理条件为40kHz、30W；(4)将步骤(3)得到的悬浮液转移到聚四氟乙烯反应釜中在210℃下水热处理45h；自然冷却至室温，离心分离，采用蒸馏水4次，然后在90℃下干燥16h，得到镱和镥共掺杂的硅酸铋固体酸催化剂，其中镱的掺杂量为3wt％；镥的掺杂量为3wt％。实施例2一种固体酸催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将2mL正硅酸四甲酯、2.4mL无水乙醇、2mL水、0.6mL硝酸进行混合，磁力搅拌，磁力搅拌的转速为400rpm，搅拌时间1h，得到透明溶液；(2)将醋酸铋添加到40mL4mol/L硝酸溶液中，磁力搅拌，磁力搅拌的转速为400rpm，搅拌时间1h，使其完全溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体酸催化剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：/n(1)将有机硅源、无水乙醇、水、硝酸进行混合，磁力搅拌，得到透明溶液；/n(2)将铋源添加到硝酸溶液中，磁力搅拌使其完全溶解；然后将镱源和镥源添加到上述溶液中，继续搅拌2～3h得到混合溶液；/n(3)将步骤(2)得到的混合溶液逐滴滴加到步骤(1)中的透明溶液，在搅拌条件下，逐滴滴加5～8mol/L的碱溶液以调节pH至13，然后超声处理30～40min得到悬浮液；/n(4)将步骤(3)得到的悬浮液转移到聚四氟乙烯反应釜中进行水热处理；自然冷却至室温，离心分离，采用蒸馏水3～5次，然后在80～100℃下干燥10～20h，得到镱和镥共掺杂的硅酸铋固体酸催化剂，其中镱的掺杂量为2～4wt％；镥的掺杂量为2～4wt％。/n

【技术特征摘要】
1.一种固体酸催化剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
(1)将有机硅源、无水乙醇、水、硝酸进行混合，磁力搅拌，得到透明溶液；
(2)将铋源添加到硝酸溶液中，磁力搅拌使其完全溶解；然后将镱源和镥源添加到上述溶液中，继续搅拌2～3h得到混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液逐滴滴加到步骤(1)中的透明溶液，在搅拌条件下，逐滴滴加5～8mol/L的碱溶液以调节pH至13，然后超声处理30～40min得到悬浮液；
(4)将步骤(3)得到的悬浮液转移到聚四氟乙烯反应釜中进行水热处理；自然冷却至室温，离心分离，采用蒸馏水3～5次，然后在80～100℃下干燥10～20h，得到镱和镥共掺杂的硅酸铋固体酸催化剂，其中镱的掺杂量为2～4wt％；镥的掺杂量为2～4wt％。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述有机硅源、无水乙醇、水、硝酸的体积比为1:0.8～1.2:0.8～1:0.15～0.3。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，磁力搅拌的转速为300～400rpm，搅拌时间1～3h。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述有机硅源为正硅酸四乙酯，正硅酸四甲酯、正硅酸四丙酯、...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾福海，
申请(专利权)人：湖南三五二环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43