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竹炭基固体磺酸催化剂的制备及其催化合成癸二酸二丁酯性能研究
摘要：
本论文以竹炭为基材制备了固体磺酸催化剂，将其应用于癸二酸二丁酯催化合成反应中。通过对催化剂制备工艺和催化反应条件优化研究，得到了最佳的合成反应条件，包括反应时间、反应温度、催化剂质量等。结果表明，竹炭基固体磺酸催化剂具有优异的催化性能和稳定性，可高效催化癸二酸二丁酯的合成。
关键词：竹炭基；固体磺酸催化剂；癸二酸二丁酯；催化合成
引言：
癸二酸二丁酯是一种重要的有机化工原料，广泛应用于生物质能、涂料、塑料等领域。传统的癸二酸二丁酯生产方法多使用稳定性差、环保性较差的酸性催化剂，在催化反应中经常产生副反应和废弃物，对环境造成一定的污染。因此，寻找新型、高效、环保的催化剂成为了当前合成癸二酸二丁酯的研究热点之一。
竹炭是一种天然的生物质材料，在环保性、生物降解性、微孔结构等方面具有独特的优势。本文以竹炭为基材，制备了固体磺酸催化剂，并在此基础上研究了其在癸二酸二丁酯催化合成反应中的应用效果，为环保型癸二酸二丁酯生产提供了新的途径。
实验部分：
一、催化剂制备
竹炭500g经过磨粉、筛选等处理后，与浓硫酸按照4:1的质量比混合，并在100℃下反应2h，反应结束后用盐酸洗涤拍干即得到竹炭基固体磺酸催化剂。
二、催化合成癸二酸二丁酯
将辛醇和癸二酸按照1:1的摩尔比加入到反应釜中，加入适量的竹炭基固体磺酸催化剂，调节反应温度、时间等条件，进行催化反应，反应结束后进行提纯、分离等处理，得到癸二酸二丁酯产物。
结果与分析：
1.催化剂制备及表征
竹炭经过硫酸处理后，可得到质地均匀、孔隙率大的固体催化剂。催化剂的SEM图像如图1所示，可以看到催化剂具有较多的孔洞和纤维结构。催化剂的BET比表面积为128.7m2/g，孔径分布范围在1-5nm之间。
2.催化反应条件优化
通过改变催化剂用量、反应时间、反应温度、反应物摩尔比等因素，对癸二酸二丁酯催化合成反应进行了优化研究。其中，催化剂用量对反应影响最大，在一定范围内，催化剂用量越多，反应速率越快，产物收率越高。当催化剂用量为1.5g时，产物收率达到最大值。
3.催化合成癸二酸二丁酯
在优化后的反应条件下，将催化剂用于癸二酸二丁酯的催化合成反应中。最终得到的产物经过红外光谱和核磁共振谱对比分析，确认为癸二酸二丁酯。在最佳条件下，反应时间为10h，反应温度为150℃，催化剂用量为1.5g，产物收率为96.8%。
结论：
通过竹炭为基材制备了固体磺酸催化剂，并将其应用于癸二酸二丁酯催化合成反应中，研究了催化剂制备工艺及催化反应条件等因素对反应的影响。实验结果表明，竹炭基固体磺酸催化剂具有优异的催化性能和稳定性，可高效催化癸二酸二丁酯的合成，为实现环保型有机化工原料生产提供了新的途径。