陶瓷废料绿色升级：高性能多相催化剂助力苯并噻唑衍生物的高效合成

　　本综述创新性地提出将陶瓷废料（高岭土-石英残渣）转化为高效多相催化剂（GF与AP），用于绿色合成具有重要药学与农化价值的苯并噻唑衍生物。该催化剂在无溶剂温和条件下实现85–95%收率，兼具高周转频率（TOF）、优异回收性（5次循环无活性衰减）及低环境因子（E-factor），为废弃资源高值化与绿色催化提供了双赢策略。

　　

Highlight

Materials and Instrumentation

本研究使用的试剂与溶剂均购自SIGMA ALDRICH。合成的苯并噻唑衍生物纯度通过薄层色谱（TLC）在覆盖F254硅胶的铝板（Merck）上进行评估。熔点采用热Kofler仪测定。质子（¹H）与碳（¹³C）核磁共振（NMR）谱图使用Bruker谱仪（300 MHz）记录，溶剂为DMSO-d₆。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析借助PerkinElmer Spectrum Two仪完成，扫描范围400–4000 cm^?1。X射线衍射（XRD）图谱通过PANalytical X’Pert Pro衍射仪采集，使用CuKα辐射（λ=1.5406 ?），扫描步长0.02°，范围5–80°。扫描电子显微镜（SEM）图像与能量色散X射线（EDX）分析通过FEI Quanta 200电子显微镜完成。比表面积与孔隙结构经由Brunauer–Emmett–Teller（BET）方法在Micromeritics ASAP 2020上以N₂吸附测定。化学组成借助能量色散X射线荧光（ED-XRF）光谱仪（Shimadzu EDX-7000）分析。

Characterization of catalyst

陶瓷组分的初步分析涉及使用能量色散X射线荧光（ED-XRF）测定其化学组成。

表1展示了AP与GF样品的化学分析结果，突显了影响其陶瓷性能的独特组成。AP样品中二氧化硅（SiO₂）占主导（53.73%），氧化铝（Al₂O₃）次之（34.05%），表明其具有优异的热稳定性与机械强度。其他氧化物如氧化镁（MgO，3.25%）、氧化钾（K₂O，2.78%）、氧化铁（Fe₂O₃，2.15%）及氧化钛（TiO₂，1.64%）的存在进一步调节了材料性能。相比之下，GF样品富含SiO₂（72.60%），Al₂O₃含量较低（16.42%），并含有显著比例的钙氧化物（CaO，4.12%）与铁氧化物（Fe₂O₃，2.98%）。这些差异主要源于原料来源与热处理历史。

Conclusion

本研究探索了陶瓷废料作为催化剂在苯并噻唑衍生物合成中的高值化应用，突显了其满足化学工业日益增长的可持续性需求的潜力。催化剂通过多种技术进行了全面表征，包括X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）、X射线荧光（XRF）、Brunauer–Emmett–Teller（BET）比表面积分析、扫描电子显微镜（SEM）及能量色散X射线光谱（EDX）。催化测试显示，GF与AP材料在2-氨基苯硫酚与多种醛的缩合反应中表现出优异活性，以85–95%的高收率获得目标苯并噻唑产物，反应时间仅60分钟。高周转频率（TOF）进一步证实了催化系统的高效性。

该过程展现出多重绿色化学优势：低催化剂负载量、温和反应条件、简单后处理与易产物分离。两种催化剂还表现出卓越的可回收性，连续五次循环后活性未显著下降，且结构无退化。催化剂的异质性通过热过滤试验确认，进一步支持了其在可持续多相催化中的适用性。

为量化环境性能，计算了多项绿色化学指标——包括环境因子（E-factor）、原子经济性（AE）、反应质量效率（RME）、碳效率（CE）与最优效率（OE）——所有指标均显示出良好的生态与物料效率。

总体而言，本研究不仅推动了环境友好的合成方法学，还促进了工业废料的循环利用。这些发现将陶瓷废料基催化剂定位为成本效益高、可回收且环境友好的传统系统替代品，与当前可持续及绿色化学实践的目标高度契合。