乳化剂司盘对固体超强酸催化性能的影响研究

王双，谭莉，傅小奇

(江苏大学 材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013)

1 实验部分

1.1 材料与仪器

硝酸锆、司盘20/40/80/85、硫酸、邻二甲苯、苯乙烯、硝酸铵均为分析纯；柴油，购自本地加油站。

Bruker D8 X射线粉末衍射仪(XRD)；JEM-2100型透射电子显微镜(TEM)；Thermo Fisher Nicolet iS50型红外光谱仪；配置FID检测器的Agilent 7890A型气相色谱仪。

1.2 催化剂制备

1.2.1 ZrO2的制备 首先，将21 g硝酸锆和30 g硝酸铵加入6 mL去离子水中，加热至80 ℃使其完全溶解。然后，依次加入0.9 g司盘20和2.7 g柴油，剧烈搅拌形成均匀的油包水乳糊。最后将油包水乳糊置入马弗炉中，600 ℃煅烧1 h后得到白色 1-ZrO2粉末。使用不同碳链的司盘40、80、85，采用相同的合成方法获得2-ZrO2、3-ZrO2、4-ZrO2粉末。

1.3 烷基化催化反应

2 结果与讨论

2.1 结构表征

图1 司盘20/40/80/85的分子结构式Fig.1 Molecular structure of Span 20/40/80/85

2.1.1 XRD分析 图2为纳米x-ZrO2(x=1，2，3，4)的XRD图。

图2 ZrO2粉体的XRD谱图Fig.2 XRD patterns of ZrO2 samples

2.1.2 形貌分析 图3为纳米x-ZrO2的TEM图。

图 的TEM图

由图3可知，所合成的x-ZrO2都呈现出带有多孔的饼干状的多面体，粒径从20～80 nm不等。从之前的工作中得知[11]，硝酸铵和Zr(NO3)4热解过程中会产生大量的气态副产物，如 NO2、NO、N2、NH3和H2O。突然大量释放的气体导致ZrO2膨胀成具有大量纳米孔的饼干状纳米颗粒，其孔径为 2.3～4.6 nm。有意思的是，纳米孔的尺寸随乳化剂的碳链长度逐渐增加。认为乳液中的W/O液滴随司盘碳链长度的增加而增加，致使ZrO2纳米孔尺寸的增加。纳米孔的存在可以增加与反应物的接触面积，提高催化反应效率。同时W/O系统也有利于限制ZrO2的严重聚集。

表1 样品的酸强度Table 1 Acid strength of the sample

图4 ZrO2和的红外吸收光谱图Fig.4 Infrared spectra of ZrO2和

2.2 催化性能评估

图5 催化反应路径示意图Fig.5 Scheme of catalytic reaction path

表3 反应时间对催化性能的影响Table 3 Effect of reaction time on catalytic performance

3 结论