过氧化氢氧化丙醇合成丙酸的工艺研究

发布时间：2020-07-22 02:55

【摘要】：丙酸是重要的精细化工产品,被广泛用于食品、饲料、医药等行业中。目前主要采用乙烯羰基化法和丙醛氧化法生产,乙烯羰基化法工艺复杂,丙醛氧化法环境污染严重。过氧化氢是氧化醇合成羰基化合物绿色安全的氧化剂,过氧化氢氧化丙醇生产丙酸具有方法简便、绿色环保的特点。本文通过分析和研究不同类型催化剂的结构特征和催化活性,确定了以杂多酸盐为催化剂,对过氧化氢氧化丙醇生产丙酸的方法和工艺进行了研究。通过分析过氧化氢氧化醇合成羰基化合物的反应机理,对丙醇氧化反应的反应体系及氧化过程中可能产生的物质建立了分析方法。以绿色化学为目标,合成了以铁、锰、铜离子为催化中心的配位化合物催化剂、以平面分子M(O_2)_2O(M=Mo、W)为中心的过氧化物催化剂以及包含过渡金属阳离子和杂多阴离子的杂多酸盐三类不同催化剂。通过对合成的三类不同催化剂催化过氧化氢氧化丙醇合成丙酸的研究,发现过渡金属锌取代的杂多酸盐可高效催化过氧化氢氧化丙醇合成丙酸,确定了以过渡金属锌杂多酸盐催化过氧化氢氧化丙醇合成丙酸的工艺路线。通过研究各种条件诸如溶剂、反应时间、反应温度、催化剂用量、过氧化氢用量、丙醇浓度等对反应结果的影响,获得了反应的最佳工艺条件:以金属锌杂多酸盐Na_6[SiW_(11)ZnH_2O_(40)]?12H_2O为催化剂,催化剂用量0.15 mol%,过氧化氢与丙醇摩尔比2.5,丙醇浓度3 mol/L,反应温度80℃,反应时间为16小时。丙醇单次转化率达到81%,丙酸选择性达到90%。通过对过渡金属锌取代的杂多酸盐催化剂的循环使用研究发现该催化剂循环5次后,活性未明显降低。多次使用后催化剂活性稍有降低,经煅烧再生后催化活性可达初始催化活性的90%。在此基础上进行了实验室放大实验研究并提出了建议工艺流程。过程中反应釜反应物通过简单蒸馏分离,未反应原料和副产物水、丙醛可进一步反应,整个工艺选择性大于99%,几乎无三废产生。以过渡金属锌杂多酸盐催化过氧化氢氧化丙醇合成丙酸的工艺过程符合绿色化学的发展理念。整个工艺过程方法简便、反应条件温和、绿色安全。对丙酸的绿色化生产具有重要应用意义。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ225.123
【图文】：

分析图,标准样品,气相色谱分析,混合物

Table 2-4 GC analysis conditations项目指标色谱柱类型 DB-1701色谱柱规格 60m 0.25mm 0.25 m载气高纯氮气检测器 FID最高柱温 280℃进样室温度 200℃检测器温度 220℃进样量 2 L分流比30：1程序升温据此分析方法对反应相关物进行分析，得出混合物标准样品的气相分析图谱如图 2-1 所示。

曲线,丙醇,曲线,半缩醛

丙醛作为中间产物可与丙醇反应生成半缩醛，半缩醛继续丙酯。当氧化剂氧化性较强、氧化条件剧烈时，可能生成减少，即乙酸。故在过氧化氢氧化丙醇的反应体系中，可能存在的、丙酸、丙酸丙酯和乙酸。因此，对各物质进行气相分析，根对应关系建立各物质的标准曲线，以分析反应体系中的组分气相分析得出不同浓度的丙醇所对应的峰面积，结果如表 3-1表 3-1 丙醇的浓度与峰面积关系Table 3-1 The relationship of the concentration of n-propanol and the peak ar编号浓度/(mg/ml) 峰面积/(mV s)1 20 17739642 50 47327853 100 95949004 150 135176065 200 20562970得出丙醇的浓度标准曲线如图 3-1 所示。

曲线,丙醛,丙酸,丙酸丙酯

丙醛的标准曲线

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