[发明专利]氧化铁负载硫酸根离子型固体超强酸在催化柠檬酸与正丁醇酯化反应中的应用

说明书

本发明公开氧化铁负载硫酸根离子型固体超强酸在催化柠檬酸与正丁醇酯化反应中的应用，所述氧化铁负载硫酸根离子型固体超强酸为Fe₂O₃/SO₄^2‑固体超强酸，即在Fe₂O₃/SO₄^2‑固体超强酸的催化下，柠檬酸与过量的正丁醇混合回流反应，生成柠檬酸三丁酯。与现有柠檬酸三丁酯的合成相比，本发明具有反应时间短、催化剂用量小，产品易于分离，收率可达95％左右，催化剂可重复使用多次的特点，且催化剂易于制备，性能稳定、安全，使用方便，无毒副作用，不腐蚀设备，对环境无污染。

技术领域

本发明涉及氧化铁负载硫酸根离子型固体超强酸在催化柠檬酸与正丁醇酯化反应中的应用。

背景技术

固体超强酸具有极高的酸强度-16.02<H₀<-14.520，相当于100％液体硫酸的10000倍，是固体酸中酸强度最高的酸型催化剂，但对设备无任何腐蚀。催化活性高，较分子筛催化剂有更低的催化温度。

其作为催化剂具有极强的耐水和耐碱性，在高温、碱性水蒸气条件下长时间催化应用对催化剂活性影响不明显，且易与反应体系分离，反应过程中不产生废水污染，较其它液体酸产品后处理更简单，是21世纪倡导的一种绿色环保催化剂。

Fe₂O₃/SO₄^2-固体超强酸为SO₄^2-/MxOy型固体超强酸，其酸中心的形成主要是源于SO₄^2-在金属氧化物表面配位吸附，由于S＝O的诱导效应，促使相应的金属离子增加得电子能力，使M-O键上电子云强烈偏移，产生的Lewis酸中心。当该Lewis酸中心吸附水分子后，对水分子中的电子存在强吸附作用，从而使其发生解离产生质子酸中心。

“SO₄^2-/Fe₂O₃型固体超强酸的制备及酯化催化活性的研究”，黄卫等，石油化工高等学校学报，2002年第15卷第1期，公开了由FeSO₄·7H₂O直接焙烧制备SO₄^2-/Fe₂O₃型固体超强酸，该方法的步骤虽然简单，但SO₄^2-和Fe₂O₃的摩尔比不容易控制，且无法获得纳米级的固体超强酸。现有技术也有采用溶胶-凝胶法制备纳米级固体超强酸，但这类该的制备周期长，一般需要几天或几周，给工业化带来麻烦。

柠檬酸三丁酯又名构缘酸三正丁酸，是一种无色透明油状液体、无味，沸点高170℃(133.3Pa)，闪点高(开杯)185℃，无毒，25℃时溶于水<0.002％，是一种性能优良的增塑剂，与乙酐作用可以合成另一种无毒、性能更优良的增塑剂——乙酰柠檬酸三丁酯。

柠檬酸三丁酯的合成一般用浓硫酸作催化剂，虽然工艺成熟，价格低廉，但硫酸对设备腐蚀严重，且反应中副产物较多，后续处理麻烦，产品颜色较深，同时废硫酸排放也造成环境污染，有必要寻找新型催化剂来代替浓硫酸。

发明内容

本发明的目的在于根据上述背景技术的现状，提供了氧化铁负载硫酸根离子型固体超强酸在催化柠檬酸与正丁醇酯化反应中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：