固体酸催化合成2-戊基蒽醌的研究

发布时间：2018-11-13 18:16

【摘要】：烷基蒽醌是重要的精细化工中间体,是合成蒽醌系染料的主要原料,也用作合成过氧化氢的催化剂。它在国民经济中占有举足轻重的位置,具有重要的工业价值。其中,2-戊基蒽醌(2-AAQ)因在过氧化氢生产中稳定性高、工作液相容性好、催化效能高而表现出更优的性能。2-AAQ还是生产超纯双氧水(H_2O_2)、降解树脂、染料和感光化合物的主要中间体和原料。传统2-AAQ的生产采用工艺是:Lewis酸(AlCl3)催化2-戊基苯和苯酐的Friedel-Crafts酰基化反应合成中间体2-(4′-戊基苯甲酰基)苯甲酸(ABB),再以浓硫酸或发烟硫酸催化ABB脱水闭环合成2-AAQ。但该工艺产生大量废酸,不仅腐蚀设备,还污染环境。因此,开发出一条新型的催化工艺路线,实现2-AAQ的绿色合成具有广阔的应用前景。本课题采用环境友好的固体酸催化剂—沸石分子筛,替代传统的浓硫酸催化剂催化ABB脱水缩合反应合成2-AAQ。通过不同类型固体酸催化剂催化性能的筛选结果表明H-Beta沸石分子筛更利于反应的进行,通过对其改性和工艺条件的优化,使2-AAQ的选择性达到99.2%,ABB的转化率达到98.5%。以上解决了催化剂无法再使用、反应后催化剂与产物分离困难等问题,为2-AAQ的生产开辟了一条新的绿色工艺。此外,我们尝试用负载型催化剂替代传统的Lewis酸催化剂来催化戊基苯和苯酐的Friedel-Crafts酰基化反应合成ABB,结果表明该酰基化反应合成出的ABB产量较低,生产工艺还有待于进一步优化。具体研究内容如下:1.使用廉价的硅藻土为硅源和铝源通过水热合成法合成催化剂Beta沸石分子筛。考察了凝胶组成、H_2O用量、晶化时间、晶化温度等对合成Beta沸石分子筛的影响,并将其应用于催化ABB的脱水环合反应中合成2-AAQ。2.H-Y、H-ZSM-5、H-Beta、磷钨酸、磷钼酸、蒙脱土等固体酸催化剂的催化性能对比实验结果表明,H-Beta沸石分子筛在ABB脱水闭环合成2-AAQ工艺中表现出更优的催化性能,ABB的转化率及2-AAQ的选择性均大于其他类型的固体酸催化剂。3.有机酸(柠檬酸)改性的H-Beta沸石分子筛作催化剂对ABB脱水环合合成2-AAQ反应的催化效果优于以CeCl_3·7H_2O和ZrOCl_2·8H_2O改性作催化剂时的催化效果。经柠檬酸改性后的H-Beta沸石分子筛的催化性能受离子交换次数的影响,随着交换次数的增多,总酸量减少,弱酸的相对含量减少,强酸的相对含量增加,催化性能得到提高,以交换2次效果最佳。通过单因素实验工艺优化得到最佳的反应条件是:催化剂用量为原料量的28.6%,反应温度280℃,反应时间1.5h,采用高效液相色谱面积归一化法计算得到ABB的转化率达到98.5%,2-AAQ选择性达到99.2%。4.催化剂的活性稳定性实验结果表明,催化剂重复使用3次后催化效果明显下降。催化剂经高温焙烧再生后ABB的转化率能达到97.7%,2-AAQ的选择性也在84.3%以上,可使催化性能得到恢复。5.改性后的Beta沸石分子筛催化剂经XRD、SEM、TG、IR、NH3-TPD、BET等手段进行表征。6.水洗酸洗工艺得到中间体ABB,柱层析分离得到产物2-AAQ,经IR、1H NMR、13C NMR测定证实是中间体ABB及目的产物2-AAQ。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36;TQ244.63

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本文编号：2330026