改性Al交聯(lián)蒙脫土固體酸催化合成丁酸異戊酯

張穎楠 ，石 林 ，蘇碧哲

1.教育部納米礦物材料及應(yīng)用工程研究中心，湖北武漢 430074

2.中國地質(zhì)大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，湖北武漢 430074

張穎楠1，2，石 林2，蘇碧哲2

1.教育部納米礦物材料及應(yīng)用工程研究中心，湖北武漢 430074

2.中國地質(zhì)大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，湖北武漢 430074

采用浸漬法制備了改性Al交聯(lián)蒙脫土/Al-MMT固體酸催化劑，借助IR、XRD對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征和分析，并探討了其催化合成丁酸異戊酯的最佳合成條件。實驗結(jié)果表明，當(dāng)酸醇摩爾比為1:2，催化劑用量占反應(yīng)物料總質(zhì)量的2.17%，反應(yīng)時間為2.0h時，/Al-MMT固體酸表現(xiàn)出最佳的催化活性，最佳酯化率可達(dá)98.73%。

催化化學(xué)；改性；Al交聯(lián)蒙脫土；丁酸異戊酯

丁酸異戊酯俗稱梨油、香蕉油，具有強(qiáng)烈的洋梨、香蕉氣味，被廣泛用于各種果汁、食用香精、食品添加劑及化妝品中。本文采用浸漬法制備了S改性的Al交聯(lián)蒙脫土（MMT）固體酸催化劑/Al-MMT，并將其應(yīng)用于丁酸-異戊醇的酯化反應(yīng)，詳細(xì)考察了其最佳合成條件，并借助IR、XRD對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征和分析。

1 實驗部分

1.1 固體酸催化劑的制備

在60℃恒溫水浴及攪拌條件下，將0.4mol·L-1氫氧化鈉溶液按一定比例（OH-/Al3+=2.4）緩慢滴加到Al（NO3）3·9H2O溶液中，滴定完后，60℃恒溫攪拌4h；室溫老化12h，即得Al交聯(lián)劑。將處理后的蒙脫土配成5%的懸浮液，60℃強(qiáng)力攪拌下，按每克蒙脫土添加3mmolAl的比例將前述Al交聯(lián)劑滴加到蒙脫土懸浮液中，再恒溫攪拌2h，抽濾，洗滌，烘干。用0.75mol·L-1的H2SO4按10mL·g-1浸漬Al交聯(lián)蒙脫土12h，過濾，烘干研細(xì)，400℃焙燒5h，即制得/Al-MMT固體酸。

1.2 丁酸異戊酯的合成

在裝有攪拌器、溫度計、分水器和回流冷凝管的三口燒瓶放入油浴鍋中，加入一定質(zhì)量比的正丁酸、異戊醇和S/Al-PHM固體酸，從回流時開始計時，在120℃～150℃溫度下反應(yīng)2h，反應(yīng)開始和結(jié)束時分別量取0.50mL反應(yīng)液，用0.10mol·L-1的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，酯化率按下式計算（根據(jù)GB1668-81標(biāo)準(zhǔn)）：。式中V0，V1分別代表反應(yīng)前后消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。

2 結(jié)果與討論

合成條件的優(yōu)化：

1）醇酸摩爾比的影響

合成丁酸異戊酯的反應(yīng)為可逆的酯化反應(yīng)，理論上醇酸完全反應(yīng)生成丁酸異戊酯的醇酸摩爾比為1∶1，實際上醇的相對過量有利于酯化反應(yīng)向正方向進(jìn)行。這是因為，異戊醇既是反應(yīng)物，又是帶水劑，將生成的水及時帶出反應(yīng)體系，使化學(xué)平衡向著生成酯的方向移動。因此，酯化率隨著酸醇摩爾比的增大而增大。但醇的用量過大，會稀釋正丁酸，加大回流比，從而導(dǎo)致反應(yīng)不完全，酯化率下降。

圖1 醇酸摩爾比對酯化率的影響

2）反應(yīng)時間對酯化率的影響

圖2 反應(yīng)時間對酯化率的影響

3）催化劑用量對酯化率的影響

圖3 催化劑用量對酯化率的影響

催化劑能高效的催化反應(yīng)，必須有足夠量的催化活性中心。由圖3知，在一定范圍內(nèi)，隨著催化劑用量的增加，酯化率顯著提高。當(dāng)催化劑用量增大到一定值時，酯化反應(yīng)達(dá)到飽和，但是繼續(xù)增加催化劑的用量，會提供過量的活性酸中心，這可能會引起對反應(yīng)物及產(chǎn)物過多的吸附，不利于催化活性的進(jìn)一步提高，也可能會導(dǎo)致更多副反應(yīng)的發(fā)生。結(jié)合綜合因素，本實驗采用催化劑用量占酸醇總質(zhì)量的2.17%。

3 結(jié)論

[1]李家貴，陳淵，韋慶敏，等.納米固體超強(qiáng)酸S042-/Fe203催化合成正丁酸異戊酯的研究[J].應(yīng)用化工，2010，3(9)：135-1358.

[2]張士真，陳丹云.硫酸鎵改性離子交換樹脂催化合成丁酸異戊酯[J].廣州化工，2010，38(4)：56-58.

[3]陳丹云，周慧.硫酸高鈰催化合成正丁酸異戊酯的研究[J].稀土，2007，28(2)：47-48.

TS202

A

1674-6708（2011）50-0104-02

張穎楠，研究方向：固體催化劑