铁掺杂介孔非均相催化剂催化合成苄基甲苯

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摘 要 以磁性（Fe3O4）樵靥濉⒐杷崮疲Na2SiO3）溶液为包覆剂、六偏磷酸钠为分散剂，以质量分数为5%HNO3溶液（含Fe（NO3）3・9H2O）为铁源，利用溶胶-凝胶法制备核壳型铁掺杂二氧化硅非均相催化剂，最后应用于催化傅-克烷基化反应，检验其催化效果。此催化剂可利用磁性进行分离、回收，且可循环利用。

关键词 铁掺杂催化剂 非均相催化剂 傅-克烷基化

中图分类号：TQ426.6 文献标识码：A

FriedelDCrafts（以下简称傅-克）烷基化无论在实际生活中还是在化学工业生产中都有较重要的地位。传统的傅-克烷基化催化剂有比较均一的活性中心以及其催化机理易于深入研究，但是此类均相催化剂存在着用量大、无法回收、分离工艺较复杂、腐蚀设备严重、环境污染较严重等一系列问题，因此研究开发新型的、环境友好型的傅-克烷基化催化剂受到人们广泛关注。

随着绿色化学的提出，对“环境友好型催化剂”DD固体酸催化剂受到人们广泛的研究。固体酸碱催化剂具有高温稳定性好、高活性、易回收再利用、成本低、对环境无污染、可循环利用、腐蚀性小等优点，所以取代了许多经典的工业均相酸碱催化剂。固体酸催化剂的基体材料主要有高岭土、介孔分子筛、稻壳灰、蒙脱土、陶瓷等，尤其是无机材料SiO2为骨架的催化剂具有潜在的应用价值。

催化技术对现代化学工业、石油加工工业、食品工业和精细化学品工业至关重要。目前，90%以上的化工产品均是借助于催化剂生产出来的。我们将催化体系分为均相催化、非均相催化和酶催化。

均相催化包括气相均相催化（如NO催化SO2氧化为SO3）和液相均相催化（如用酸碱催化醇和酸的酯化反应），以液相均相催化应用较广泛。

非均相催化包括气-液相催化（如环己烷氧化制备环己酮），气-固相催化（如苯加氢制备环己烷），液-固相催化（如银催化过氧化氢的分解），气-液-固相催化（如钯催化硝基苯加氢制备苯胺），以气-固相催化体系最为常见。

Farook Adam等人通过溶胶-凝胶法从核壳灰中制备铁掺杂非均相催化剂，并应用于傅-克烷基化中，结果证明催化剂效率非常高，合成的大部分产物均为单苄基甲苯。

Adil Elhag Ahmed等人研究Ga、In、Fe分别掺杂于SiO2制备出非均相催化剂，用于苄基化反应，结果证明铁掺杂的非均相催化剂催化效率最高。

Roland Schmidt， M.Bruce Welch等人利用Fe2+掺杂的非均相催化剂催化乙烯的聚合。铁来源简单、便宜，所制备的催化剂条件不苛刻，对环境无污染以及催化效率较高。

王政、陈娟等人以类苯环形HZSM-5分子筛为核，通过动态水热法合成了HZSM-5/Silicalite-1复合分子筛催化剂，催化甲苯甲醇烷基化，结果表明此分子筛催化剂具有较高效率以及选择性。

近年来，铁的氧化物及锰、镍、锌铁氧化体磁性粒子由于其独特的磁性、光学性能受到人们广泛关注并被应用到超高密度信息存储，磁密封，振动阻尼，位置感应，生物学跟踪、成像、探测分离，固定目标药物传输等多个领域。

近年来广泛应用于催化剂的基体为二氧化硅，但二氧化硅本身化学性质稳定，不具备催化活性，常常采用物理或化学吸附、同晶取代硅骨架。但是吸附制备出的非均相催化剂催化时不稳定，容易失去吸附的离子；相对比较起来离子同晶取代二氧化硅的Si骨架，不仅引入了路易斯酸的活性中心，还在催化反应中表现出一定的稳定性。

张秀娟等人以稻壳灰为硅源，通过凝胶-溶胶法制备出铁掺杂二氧化硅非均相催化剂，并应用于甲苯与氯化苄的烷基化反应中，检验催化效果，得到产率较高的产物。

苄基甲苯的合成是典型的傅-克烷基化反应。苄基甲苯具有沸点高、粘度低、耐高（低）压电性、物化性能稳定等特点，广泛应用于高温导热油、电容器的浸渍剂、变压器的绝缘油、彩色摄影方面等等。

苄基甲苯主要有以下几种合成方法：

（1）以溴化苄和甲苯为原料、GaBr3为催化剂催化苄基化反应，产率可达到65%左右；

（2） 以氯化苄和甲苯为原料、各种烷基化催化剂催化反应，如AlCl3、FeCl3、ZnCl2、ZnO、TiO2等进行苄基化反应；

（3）苯以及苄基甲苯基甲苯；

（4） 以苯、甲苯、二氯甲烷为原料、无水三氯化铁、三氯化铝为催化剂催化反应，合成苄基甲苯、二苯甲烷、二甲苯基甲烷等；

（5） 以甲苯、苯、甲醛为原料，以硫酸乙酸为催化剂催化反应，合成苄基甲苯、二苯甲烷、二甲苯基甲烷等；

除了上述几种催化剂外，固体酸催化剂也对傅-克烷基化反应有较高的催化剂效率。不仅如此，固体酸催化剂（也称非均相催化剂）具有合成条件简单、与产物易分离、节约资源、不污染环境等优点，广泛受到人们亲睐。

参考文献

[1] 章思规，辛忠.精细有机化工手册[M].北京： 科学技术文献出版社，1994：257-260.

[2] 陈强，王永睿，孙敏，慕旭宏，舒兴田.IM-5和TNU-9分子筛在甲苯和甲醇烷基化反应中的催化性能，石油学报，2010-4（26）.

[3] Farook Adam， Kalaivani Kandasamy， Saraswathy Balakrishnan， Iron incorporated heterogeneous catalyst from rice husk ash， ScienceDirect， Journal of Colloid and Interface Science 304（2006）137-134.