离子交换法制备Sr/Zn-MOF-74及其碱催化性能研究文献综述

 2021-10-24 15:25:01

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文 献 综 述1.1引言随着工业化进程加速甚至饱和,人与环境的矛盾日渐凸显,绿色化学成为指导环境可持续发展的重要原则,因此化工行业急需开发高效和环保并重的催化剂。

基于反应效率和成本等方面的综合考量,目前行业内大多还是采用液体催化剂,但不得不面对设备的腐蚀以及大量碱性废水的处理等问题[1]。

而固体碱催化剂可以弥补以上缺陷,其本身带有的可调活性位点及大比表面积,使得它有希望成为下一代新型绿色催化固体材料[2]。

人们一直在尝试使用固体碱代替液体碱催化剂,直到上世纪60年代,研究者将碱金属应用于固体碱催化剂的研究有了一系列突破。

传统固体碱催化剂主要可以分为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、以Al2O3或分子筛为载体的负载型固体碱等[3],近年来不断有报道金属有机骨架(MOFs,metal-organic framework)应用于固体碱催化领域[4],此类研究大大拓宽了固体碱的研究空间。

目前用于固体碱催化领域的MOFs因为种类较少、稳定性差和碱性强度小等缺陷限制了其应用,但是仍然具有相当大的发展潜力。

1.2固体碱催化剂的研究进展1.2.1碱催化机理目前解释碱催化方式主要有两种机理,一种是布朗斯特酸碱理论,碱通过接受质子而活化反应物,一种是路易斯酸碱理论,碱作为电子的给予体参与反应,活化反应物,实际上路易斯碱是亲核试剂。

研究者认为固体碱表面不饱和而带负电的晶格氧是碱金属和碱土金属氧化物的碱性的主要来源。

固体碱材料的碱性位点在大气氛围中极容易吸附CO2和H2O,进而生成碳酸盐和氢氧化物而导致其碱性降低[5],但也存在不受CO2和H2O吸附影响的例子,比如MgO和CaO在亨利反应中由于硝基烷优先吸附于催化剂表面,从而起到了保护碱性位点O2-的作用[6],保持了碱性活性。

一般固体碱催化剂需要真空高温处理一段时间以脱除附着在表面的CO2和H2O以活化有效的碱性位点,如图1-1所示,MgO经完全活化后,所暴露出的固体表面并非平滑均匀的,这导致了分布在空间各位置上的金属离子对(Mg2 和O2-)具有不同的配位数,一般具有低配位数的O2-往往具有更强的碱性,但也更容易吸附CO2和H2O而降低活性。

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