丙烯醛水合制备3-羟基丙醛反应的研究

论文摘要

丙烯醛水合是一个酸催化的反应，是丙烯醛路线生产广受关注的热点化工原料1，3-丙二醇过程中最重要的步骤。目前水合多以离子交换树脂等固体酸性材料作为催化剂，但存在着活性不高、催化剂稳定性差等问题。前人少量研究表明，分子筛和负载无机酸体系也可是性能优良的丙烯醛水合催化剂，但目前国内外这方面研究报道不多，影响了丙烯醛水合过程新催化体系和新工艺的开发。本论文从研究酸催化丙烯醛水合过程的基本规律入手，研究反应中需要的酸种类、酸强度以及活性位分布等因素对于水合的影响。在上述理论研究的基础上，指导丙烯醛水合催化剂的设计和制备，同时结合其它助剂的使用，有效提高反应过程的活性和选择性。本工作首先以磷酸、硫酸及磷酸-三乙胺缓冲溶液为催化剂进行丙烯醛水合反应，系统研究了酸催化体系下丙烯醛水合反应的基本规律，详细考察了温度、时间、酸度、酸性种类等因素对于水合反应收率的影响。结果表明催化效果与体系酸度在一定范围内成正比，反应中催化活性与H+的来源无关，同时研究结果表明以缓冲溶液为催化剂效果要优于单酸催化。再以DO72型强酸性树脂催化丙烯醛水合反应时，因磺酸基酸性较强，反应存在着温度低、转化率高等特点，但产物选择性不高。在间歇式反应条件下需时较长，丙烯醛的转化率及产物3-HPA的选择性最高可达到60.00％和63.01％；而在连续反应方式中，丙烯醛转化率为45.57％，产物选择性为65.24％。在固定床连续反应装置中，螯合型树脂850催化水合时，反应转化率为58.85％，产物3-HPA的选择性大于92％，单程收率最高可达54.39％，转化率和选择性数据表明此类结构树脂比较适合水合反应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究动态
• 1.2.1 PTT的发展现状
• 1.2.2 1,3-PDO的合成方法
• 1.2.3 丙烯醛水合加氢法的选择
• 1.3 本文主要研究工作及创新点
• 第二章 丙烯醛水合催化剂的研究进展
• 2.1 丙烯醛的性质和用途
• 2.2 丙烯醛水合反应
• 2.3 水合反应的催化剂
• 2.3.1 均相催化剂
• 2.3.1.1 质子酸及酸式盐
• 2.3.1.2 缓冲溶液
• 2.3.1.3 其他均相催化剂及方法
• 2.3.2 非均相催化剂
• 2.3.2.1 沸石分子筛
• 2.3.2.2 负载无机酸
• 2.3.2.3 酸性阳离子树脂
• 2.3.2.4 螯合型树脂
• 2.3.3 结论
• 2.4 本章小结
• 第三章 丙烯醛水合制备3-羟基丙醛及反应规律的研究
• 3.1 丙烯醛水合反应机理
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 反应试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 丙烯醛水合反应装置图
• 3.2.4 丙烯醛和3-羟基丙醛的定量分析方法
• 3.3 酸催化丙烯醛水合规律的研究
• 3.3.1 研究方法
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.3.3 液体酸催化规律小结
• 3.4 树脂催化丙烯醛水合反应
• 3.4.1 树脂类水合催化剂的初步筛选
• 3.4.2 强酸性树脂催化规律
• 3.4.2.1 间歇式反应的讨论
• 3.4.2.2 固定床条件下反应结果的讨论
• 3.4.2.3 结论
• 3.4.3 螯合型树脂催化丙烯醛水合反应规律
• 3.4.3.1 间隙式条件下的水合反应结果与讨论
• 3.4.3.2 连续条件下的水合反应
• 3.4.3.3 结论
• 3.5 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 附录1:甘油脱水制备丙烯醛
• 附录2:树脂系列预处理方法
• 附录3:丙烯醛标样谱图
• 附录4:实验制得丙烯醛谱图
• 附录5:水合物3-HPA标样谱图
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文