鐵摻雜介孔非均相催化劑催化合成芐基甲苯

陳昭逸

摘 要 以磁性（Fe3O4）為載體、硅酸鈉（Na2SiO3）溶液為包覆劑、六偏磷酸鈉為分散劑，以質量分數為5%HNO3溶液（含Fe（NO3）3·9H2O）為鐵源，利用溶膠-凝膠法制備核殼型鐵摻雜二氧化硅非均相催化劑，最后應用于催化傅-克烷基化反應，檢驗其催化效果。此催化劑可利用磁性進行分離、回收，且可循環利用。

關鍵詞 鐵摻雜催化劑 非均相催化劑 傅-克烷基化

中圖分類號：TQ426.6 文獻標識碼：A

Friedel―Crafts（以下簡稱傅-克）烷基化無論在實際生活中還是在化學工業生產中都有較重要的地位。傳統的傅-克烷基化催化劑有比較均一的活性中心以及其催化機理易于深入研究，但是此類均相催化劑存在著用量大、無法回收、分離工藝較復雜、腐蝕設備嚴重、環境污染較嚴重等一系列問題，因此研究開發新型的、環境友好型的傅-克烷基化催化劑受到人們廣泛關注。

隨著綠色化學的提出，對“環境友好型催化劑”――固體酸催化劑受到人們廣泛的研究。固體酸堿催化劑具有高溫穩定性好、高活性、易回收再利用、成本低、對環境無污染、可循環利用、腐蝕性小等優點，所以取代了許多經典的工業均相酸堿催化劑。固體酸催化劑的基體材料主要有高嶺土、介孔分子篩、稻殼灰、蒙脫土、陶瓷等，尤其是無機材料SiO2為骨架的催化劑具有潛在的應用價值。

催化技術對現代化學工業、石油加工工業、食品工業和精細化學品工業至關重要。目前，90%以上的化工產品均是借助于催化劑生產出來的。我們將催化體系分為均相催化、非均相催化和酶催化。

均相催化包括氣相均相催化（如NO催化SO2氧化為SO3）和液相均相催化（如用酸堿催化醇和酸的酯化反應），以液相均相催化應用較廣泛。

非均相催化包括氣-液相催化（如環己烷氧化制備環己酮），氣-固相催化（如苯加氫制備環己烷），液-固相催化（如銀催化過氧化氫的分解），氣-液-固相催化（如鈀催化硝基苯加氫制備苯胺），以氣-固相催化體系最為常見。

Farook Adam等人通過溶膠-凝膠法從核殼灰中制備鐵摻雜非均相催化劑，并應用于傅-克烷基化中，結果證明催化劑效率非常高，合成的大部分產物均為單芐基甲苯。

Adil Elhag Ahmed等人研究Ga、In、Fe分別摻雜于SiO2制備出非均相催化劑，用于芐基化反應，結果證明鐵摻雜的非均相催化劑催化效率最高。

Roland Schmidt， M.Bruce Welch等人利用Fe2+摻雜的非均相催化劑催化乙烯的聚合。鐵來源簡單、便宜，所制備的催化劑條件不苛刻，對環境無污染以及催化效率較高。

王政、陳娟等人以類苯環形HZSM-5分子篩為核，通過動態水熱法合成了HZSM-5/Silicalite-1復合分子篩催化劑，催化甲苯甲醇烷基化，結果表明此分子篩催化劑具有較高效率以及選擇性。

近年來，鐵的氧化物及錳、鎳、鋅鐵氧化體磁性粒子由于其獨特的磁性、光學性能受到人們廣泛關注并被應用到超高密度信息存儲，磁密封，振動阻尼，位置感應，生物學跟蹤、成像、探測分離，固定目標藥物傳輸等多個領域。

近年來廣泛應用于催化劑的基體為二氧化硅，但二氧化硅本身化學性質穩定，不具備催化活性，常常采用物理或化學吸附、同晶取代硅骨架。但是吸附制備出的非均相催化劑催化時不穩定，容易失去吸附的離子；相對比較起來離子同晶取代二氧化硅的Si骨架，不僅引入了路易斯酸的活性中心，還在催化反應中表現出一定的穩定性。

張秀娟等人以稻殼灰為硅源，通過凝膠-溶膠法制備出鐵摻雜二氧化硅非均相催化劑，并應用于甲苯與氯化芐的烷基化反應中，檢驗催化效果，得到產率較高的產物。

芐基甲苯的合成是典型的傅-克烷基化反應。芐基甲苯具有沸點高、粘度低、耐高（低）壓電性、物化性能穩定等特點，廣泛應用于高溫導熱油、電容器的浸漬劑、變壓器的絕緣油、彩色攝影方面等等。

芐基甲苯主要有以下幾種合成方法：

（1）以溴化芐和甲苯為原料、GaBr3為催化劑催化芐基化反應，產率可達到65%左右；

（2） 以氯化芐和甲苯為原料、各種烷基化催化劑催化反應，如AlCl3、FeCl3、ZnCl2、ZnO、TiO2等進行芐基化反應；

（3）苯以及芐基甲苯基甲苯；

（4） 以苯、甲苯、二氯甲烷為原料、無水三氯化鐵、三氯化鋁為催化劑催化反應，合成芐基甲苯、二苯甲烷、二甲苯基甲烷等；

（5） 以甲苯、苯、甲醛為原料，以硫酸乙酸為催化劑催化反應，合成芐基甲苯、二苯甲烷、二甲苯基甲烷等；

除了上述幾種催化劑外，固體酸催化劑也對傅-克烷基化反應有較高的催化劑效率。不僅如此，固體酸催化劑（也稱非均相催化劑）具有合成條件簡單、與產物易分離、節約資源、不污染環境等優點，廣泛受到人們親睞。

參考文獻

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