[发明专利]一种快速检测固体碱催化剂碱性位的方法

说明书

技术领域

本发明属于固体碱催化剂研究领域，具体涉及以丙酮作为分子探针来快速检测固体碱的碱性位的方法。该方法主要用于生物柴油制备过程中所用固体碱催化剂的评选。

背景技术

近几年来，生物柴油由于其资源的可再生性、产生较小的气候影响、生物可降解性等优势，受到了广泛的关注。而且，生物柴油技术已从研究转入到实际生产中。在过去的数十年里，生物柴油主要是在催化剂存在的条件下，由蔬菜油或者动物脂肪的酯交换反应来生成的。多相固体碱催化剂由于其本身具有优异的催化性能、反应后容易被彻底分离开来、使用寿命长、易再生性等优点，被广泛用于生物柴油的酯交换反应。据报道，生物柴油中应用的多相固体碱催化剂的催化活性大小与其本身的中强碱性位强弱有关[Sun H.,Han J.X.,Ding Y.Q.,Li W.,Duan J.Z.,Chen P.,Lou H.,Zheng X.M.Appl.Catal.,A2010,390,26-34;Teixeira A.P.C.,Santos E.M.,Vieira A.F.P.,Lago R.M.Chem.Eng.J.2013,232,104-110]。但是，由于缺乏一种快速、有效的固体碱催化剂筛选技术，很难从大量可用的固体碱催化剂中得到应用于生物柴油生产中的最佳催化剂。

当前，有很多种方法被采用于表征固体碱的碱性位，例如X-射线光电子能谱法（XPS）、表面滴定法、探针分子法、程序升温脱附法（TPD）。尽管这些方法有利于对表面碱性的进一步了解，但没有一个统一的方法[G.Busca,Chem.Rev.2010,110,2217-2249;Y.Ono,J.Catal.2003,216,406-415;H.Hattori,Chem.Rev.1995,95,537-558]。例如，O_1s的XPS结合能可以很好的测定沸石表面的电子密度，但由于固体碱表面具有氧阴离子的只占很少一部分，这种技术不能用于大量普通的固体碱催化剂。滴定法被应用于固体碱表面的定性和定量分析，但其本身具有一定的误差，并且只能应用于白色或者颜色较淡的固体碱的分析而具有局限性。分子探针方法也是一种常用的方法，但是往往很难找到适合用于分析所有固体碱碱性位的探针。程序升温脱附法是目前常用的方法，但该方法相对成本较高，耗时长。因此，研究一种快速、简便的筛选生物柴油生产中的多相固体碱催化剂的方法是相当重要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种快速、简便的检测固体碱催化剂的碱性位的方法。

该方法是在气体状态下，通过两个连续反应步骤来催化发光，首先是丙酮在固体碱的中强碱性位上发生醇醛缩合反应，然后反应生成的异丙叉丙酮与载气中的氧气进一步催化氧化，生成二氧化碳和水，由异丙叉丙酮催化氧化生成二氧化碳的过程中产生一定的能量，该能量以光学的形式释放出来，并由光电倍增管来检测，通过发光信号的强弱，实现固体碱碱性位的快速检测。该方法可用于生物柴油制备过程所用固体碱催化剂的筛选。

检测固体碱催化剂碱性位所用的装置见附图1，包含空气泵、汽化室和流动注射化学发光分析仪和电脑；其中流动注射化学发光分析仪中内有一个石英管，管内有一个可拆卸陶瓷棒且有一个接触变压器给陶瓷棒加热；其中空气泵经汽化室与石英管通过硅胶管连接，流动注射化学发光分析仪与电脑连接。

检测固体碱催化剂碱性位的方法，具体步骤如下：

A.将固体碱催化剂粉末加入去离子水中配成0.50-0.55g/mL的浆液，然后均匀地涂覆到陶瓷棒上，涂覆的厚度为0.45-0.50mm：

所述的固体碱是氧化镁、氧化铝、氧化锌、氧化钛、镁铝比为2：1、3：1、4：1的复合氧化物。

B.将步骤A的陶瓷棒装入流动注射化学发光分析仪内部的石英管中；除去空气泵中的水、用经活性炭过滤后的空气作为反应的载气，控制流速在390-400mL/min，使得气体流速均匀的通过石英管中陶瓷棒的表面；通过接触变压器给陶瓷棒施以103-105V的电压，约25-30分钟后陶瓷棒的温度为270-280℃；开启汽化室升温装置使室内温度升至160-170℃并保持，将50-51μL浓度为0.02mol/L的丙酮溶液注入汽化室中，空气泵中的空气流经汽化室并将其中汽化的丙酮气体带入石英管，与陶瓷加热棒上的固体碱催化剂反应并产生发光，由流动注射化学发光分析仪采集发光信号数据。根据固体碱催化剂的中强碱性位强度与反应产生的发光信号成正比的现象，从而可知固体碱催化剂的中强碱性位的强弱。

所述的汽化室是外部有加热套的体积为1-2mL的金属容器。