邻氯硝基苯选择性加氢的研究

论文摘要

邻氯苯胺是一种重要的基础化工原料和有机化工中间体,广泛应用于医药、农药、染料、香精等精细化学品的合成。传统的合成方法如铁粉还原法、硫化碱还原法等存在环境污染大、产品收率低等缺陷,绿色环境友好的无溶剂催化加氢工艺解决了目前邻氯苯胺生产中普遍存在的挥发性有机溶剂对环境的污染和对生产人员身体的影响,同时也可以不通过精馏等直接采用相分离实现产品的分离,因此无论在理论上和工业上都具有重要的价值。本文在无溶剂条件下,研究了邻氯硝基苯的液相催化加氢合成邻氯苯胺,着重研究了在无溶剂条件下反应的本征动力学行为。本文采用浸渍法制备了 Pd/C负载型金属催化剂,在高压条件下利用反应釜研究了该Pd/C催化剂的邻氯硝基苯无溶剂液相催化加氢的反应性能,考察了反应温度、压力、催化剂用量、搅拌速率等对邻氯硝基苯转化率和邻氯苯胺选择性的影响。并优化得到最佳的反应条件为:温度363-383 K、氢气压力1.0-1.2 MPa、搅拌速率900-1200 r/min、催化剂和邻氯硝基苯的质量比m（cat）:m（o-CNB）=1:200。在邻氯硝基苯的转化率为100%时,邻氯苯胺的选择性在99%以上。在消除搅拌影响的情况下,研究了无溶剂的条件下邻氯硝基苯催化加氢的动力学行为,获得了反应级数、速率常数、活化能和指前因子等反应动力学参数;在实验所选条件下邻氯硝基苯催化加氢对邻氯硝基苯的反应级数为1,对氢的反应级数为0.6,表观活化能为60.82 kJ/mol,指前因子为7.2×105min-1;并建立了邻氯硝基苯液相催化加氢生成邻氯苯胺的动力学方程。根据得到的反应动力学研究结果,初步拟定了具有Langmuir-Hinshelwood历程的反应机理。假设催化剂表面有两种不同的活性中心,邻氯硝基苯和氢各自吸附在不同的活性中心上,其吸附遵从Langmuir吸附等温式,据此推导出了与实验结果基本一致的速率方程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 邻氯苯胺的物化性质
• 1.2 邻氯苯胺的用途及主要生产厂家
• 1.3 氯代苯胺的生产工艺
• 1.3.1 铁屑还原法
• 1.3.2 硫化碱还原法
• 1.3.3 电化学还原法
• 2O体系还原法'>1.3.4 CO/H₂O体系还原法
• 1.3.5 催化加氢还原法
• 1.4 液相催化加氢的反应机理
• 1.4.1 硝基化合物的加氢历程
• 1.4.2 氢气在反应过程中的几种吸附态
• 1.4.3 卤代硝基苯加氢反应机理
• 1.5 液相加氢催化剂的研究现状
• 1.5.1 贵金属催化剂
• 1.5.2 一般金属催化剂
• 1.5.3 非晶态合金催化剂
• 1.6 影响液相催化加氢的因素
• 1.7 无溶剂在催化加氢中的应用
• 1.8 立题意义及研究内容
• 1.8.1 实验设计思路及实验内容
• 参考文献
• 第二章 实验部分
• 2.1 试剂与仪器
• 2.2 催化剂的制备
• 2.3 催化剂的表征
• 2.3.1 X射线衍射测晶体结构（XRD）
• 2.3.2 比表面积及孔结构测定（BET）
• 2.3.3 TG分析
• 2.4 催化剂的活性评价
• 2.5 反应装置及流程
• 2.6 分析仪器及分析方法
• 2.7 产物分离提纯及催化剂套用
• 参考文献
• 第三章 Pd/C催化剂无溶剂催化加氢合成邻氯苯胺的研究
• 3.1 反应条件对产物的影响
• 3.1.1 搅拌转速对反应的影响
• 3.1.2 温度的影响
• 3.1.3 压力的影响
• 3.1.4 催化剂量的影响
• 3.1.5 Pd/C催化剂的套用情况
• 3.2 催化剂的活性下降的原因分析
• 3.2.1 活性组分
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 动力学的研究
• 4.1 内外扩散的消除
• 4.1.1 外扩散的消除
• 4.1.2 内扩散的消除
• 4.2 邻氯硝基苯转化的反应级数和速率常数
• 4.2.1 邻氯硝基苯的反应级数
• 4.2.2 氢的反应级数
• 4.3 活化能和指前因子
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 反应机理的探讨
• 参考文献
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 论文创新之处
• 6.3 展望
• 附录
• 致谢