生物基乳酸制丙烯酸的工艺研究

论文摘要

丙烯酸及其酯类是重要的聚合物产品原料。我国丙烯酸市场需求在不断增大,为了更好地开发和利用生物资源,为石油资源寻找代替品,本文主要以60%乳酸甲酯水溶液为原料,分别研究了硫酸盐、磷酸盐、分子筛和复配催化剂的气相催化脱水制备丙烯酸及其酯的过程。考察了硫酸盐催化剂的制备方法,反应温度,进料速度,N2流量,汽化温度和焙烧温度对于产物分布、目的产物收率的影响。研究表明硫酸盐催化剂最佳反应条件为：反应温度400℃,进料速度1.5ml·h-1,氮气流速15ml·h-1,汽化温度235℃,焙烧温度430℃,丙烯酸及其甲酯的总收率大于60%；13X分子筛在最佳反应温度300℃时总收率为38%左右,并对13X分子筛进行了浸渍改性研究；对一系列过渡金属的磷酸盐进行筛选,磷酸钕在最佳反应温度325℃时总收率大于30%；采用二段反应的工艺,可将13X分子筛和硫酸盐催化剂结合起来,丙烯酸及其酯的总选择性可达80%以上。除乳酸甲酯外实验还对乳酸乙酯和和乳酸为原料进行了初步研究。对二步法制备丙烯酸进行了初步研究,实验选用乳酸乙酯为原料,生产丙烯酸（酯）。第一步反应中乳酸乙酯和乙酸酐的比例为1：1.5,催化剂DMAP用量为乳酸乙酯的0.3%,同样量的碳酸钠作搏酸剂。60℃加热搅拌6小时,加水萃取,下层有机层用变色硅胶干燥10小时,得到产品0-乙酰基乳酸乙酯,收率大于90%,以DMAP为催化剂比浓硫酸为催化剂效果好；第二步反应中,以O-乙酰基乳酸乙酯的乙醇溶液为原料,乙醇与0-乙酰基乳酸乙酯的质量比1：1。反应条件如下：进样速度1.2ml·h-,催化剂13X分子筛1.5g,气化温度235。C,反应温度310℃,丙烯酸和丙烯酸乙酯的收率达到30.78%。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 丙烯酸的化学转化
• 1.3 生物基丙烯酸的研究
• 1.3.1 乳酸一步法脱水制丙烯酸
• 1.3.2 乳酸二步法脱水制丙烯酸
• 1.4 反应机理
• 1.5 实验路线选择
• 第二章 乳酸（酯）一步法直接脱水制备丙烯酸（酯）
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂和仪器
• 2.2.2 实验装置
• 2.2.3 实验步骤
• 2.2.4 催化剂的制备方法
• 2.2.4.1 硫酸盐催化剂的制备
• 2.2.4.2 磷酸盐催化剂的制备
• 2.2.4.3 分子筛催化剂的筛选与制备
• 2.2.4.4 复配催化剂的制备
• 2.2.5 二段反应工艺
• 2.2.6 分析及计算方法
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 硫酸盐催化剂的催化剂的研究
• 2.3.1.1 反应温度对反应的影响
• 2.3.1.2 进样速度对反应的影响
• 2.3.1.3 氮气流速对反应的影响
• 2.3.1.4 汽化温度对反应的影响
• 2.3.1.5 硫酸盐催化剂寿命及再生
• 2.3.1.6 催化剂的焙烧温度的影响
• 2.3.1.7 不同制备方法对催化剂的影响
• 2.3.2 磷酸盐催化剂
• 2.3.2.1 磷酸钕催化剂
• 2.3.2.2 磷酸错催化剂
• 2.3.3 分子筛催化剂
• 2.3.3.1 反应温度对反应的影响
• 2.3.3.2 不同原料的反应结果
• 2.3.3.3 原料含水量对反应的影响
• 2.3.3.4 13X分子筛的改性研究
• 2.3.4 复配催化剂的研究
• 2.3.5 13X分子筛与硫酸盐二段反应工艺
• 2.3.5.1 氮气流速对二段反应的影响
• 2.3.5.2 二段反应催化剂再生
• 2.4 副产物分析及反应机理研究
• 2.5 小结
• 第三章 乳酸乙酯二步法脱水制备丙烯酸（酯）
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂及仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.2.1 O-乙酰基乳酸乙酯的合成
• 3.2.2.2 由O-乙酰基乳酸乙酯制备丙烯酸（酯）
• 3.2.3 产物分析与检测
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 乳酸乙酯二步法制备丙烯酸
• 3.3.1.1 不同催化剂的制备及催化效果比较
• 3.3.1.2 实验条件的优化
• 3.4 小结
• 第四章 结论
• 第五章 进一步研究建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书