醋酸甲酯水解树脂催化剂的改性及水解过程的研究

论文摘要

在生产聚乙烯醇的过程中产生大量的副产物醋酸甲酯,工业上将其转变成聚乙烯醇的基本原料乙酸和甲醇以便循环利用。因此,如何有效地使醋酸甲酯水解对聚乙烯醇的生产有着重要的意义。本文通过对水解催化剂酸性阳离子交换树脂的改性和对水解反应体系的研究来提高醋酸甲酯的水解转化率,并用拟均相和非均相两种动力学模型对其水解过程进行研究。具体如下:采用浸渍法对树脂进行络合金属离子改性和固载杂多酸HPW,通过红外、紫外、XRD等表征方法对制备的催化剂进行分析,并以醋酸甲酯的间歇釜水解反应评价催化剂的活性。结果表明:在本实验条件下,不能得到树脂络合金属的超强酸催化剂;而以树脂作载体,50℃下在15%的HPW溶液中浸渍6h得到的固载HPW催化剂的固载量达63.6%,固载HPW后树脂的催化活性提高,醋酸甲酯水解转化率提高约7%（1h）,但高固载的HPW易脱落。在水解反应体系中加入各种表面活性剂,利用胶团特殊的催化作用来提高醋酸甲酯的水解率。实验表明,CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）对水解有轻微的促进作用;TX-100（辛基酚聚氧乙烯醚）基本没影响;SDBS（十二烷基苯磺酸钠）抑止水解;而NaLS（十二烷基磺酸钠）能显著的促进水解,其浓度为0.121mol/L时,醋酸甲酯的水解率在1h内提高约10%,2.5小时反应基本达到平衡,大大缩短了水解时间;复配表面活性剂的作用较复杂,其中以阴、阳离子表面活性剂等摩尔复配最佳;无机盐NaCl对NaLS存在下醋酸甲酯的水解是先促进后抑制;低温下,由表面活性剂的增溶引起的促进作用较显著;通过相分离模型求出醋酸甲酯在胶束相中的水解速率常数Km为0.0362 L·mol-1·h-1（55℃）。在排除内外扩散的影响下,用拟均相和非均相动力学模型对醋酸甲酯水解的过程进行了研究,考察了反应温度、水酯比和催化剂用量对醋酸甲酯水解的影响。水解转化率随反应温度的升高,催化剂用量的增大,水酯摩尔比的增大而提高;由拟均相和非均相模型得出的正反应的活化能分别为59.74kJ/mol和66.39kJ/mol;该反应的控制步骤是吸附在催化剂表面上的醋酸甲酯和水发生的表面反应,吸附和脱附可近似认为处于平衡状态。

论文目录

• 第一章 前言
• 1.1 醋酸甲酯水解的研究进展
• 1.1.1 醋酸甲酯水解的研究意义
• 1.1.2 醋酸甲酯的水解过程
• 1.1.3 醋酸甲酯水解的催化剂研究
• 1.1.4 醋酸甲酯水解的工艺流程研究
• 1.1.5 影响醋酸甲酯水解率的因素
• 1.1.6 离子交换树脂催化醋酸甲酯水解动力学研究
• 1.1.6.1 拟均相动力学研究
• 1.1.6.2 非均相动力学研究
• 1.2 树脂的改性研究
• 1.2.1 金属离子改性
• 1.2.2 负载HPW 杂多酸
• 1.2.2.1 杂多酸简介
• 1.2.2.2 杂多酸催化剂的表征
• 1.2.2.3 杂多酸的固载化
• 1.3 表面活性剂对酯水解的影响
• 1.3.1 胶束催化简介
• 1.3.2 胶束催化在酯水解方面的应用
• 1.4 本课题立题的依据及研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要试剂、设备及仪器
• 2.2 NKC-9 离子交换树脂的技术规格
• 2.3 催化剂的制备方法
• 2.4 催化剂的表征
• 2.5 醋酸甲酯水解反应的装置、步骤及分析方法
• 第三章 离子交换树脂改性研究
• 3.1 离子交换树脂金属改性的探索实验
• 3.1.1 催化剂的制备
• 3.1.2 催化剂的活性评价
• 3.1.3 结果与讨论
• 3.1.3.1 水解反应
• 3.1.3.2 酯化反应
• 3.2 离子交换树脂固载HPW 催化剂的研究
• 3.2.1 催化剂的制备
• 3.2.2 催化剂的表征
• 3.2.2.1 TG 图
• 3.2.2.2 XRD 谱图
• 3.2.2.3 IR 谱图
• 3.2.3 催化剂制备条件的考察
• 3.2.4 催化剂的活性评价
• 第四章 表面活性剂对醋酸甲酯水解的影响
• 4.1 实验方法
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 阴离子表面活性剂的影响
• 4.2.2 阳离子表面活性剂的影响
• 4.2.3 非离子表面活性剂的影响
• 4.2.4 阴、阳、非离子表面活性剂同时存在对酯水解的影响
• 4.2.5 无机盐对表面活性剂存在下醋酸甲酯水解的影响
• 4.2.6 温度对表面活性剂存在下醋酸甲酯水解的影响
• 4.2.7 醋酸甲酯在胶束相中的水解速率常数
• 第五章 醋酸甲酯水解的动力学研究
• 5.1 醋酸甲酯水解的拟均相动力学模型
• 5.1.1 实验装置及方法
• 5.1.2 结果与讨论
• 5.1.2.1 内、外扩散的消除
• 5.1.2.2 水酯摩尔比对醋酸甲酯水解的影响
• 5.1.2.3 反应温度对醋酸甲酯水解的影响
• 5.1.2.4 化学平衡常数的确定
• 5.1.2.5 反应速率常数的确定
• 5.1.2.6 反应活化能的确定
• 5.1.2.7 催化剂用量的影响
• 5.2 醋酸甲酯水解的非均相动力学研究
• 5.2.1 实验装置及方法
• 5.2.2 结果与讨论
• 5.2.2.1 动力学模型的选择
• 5.2.2.2 动力学模型方程中各参数的确定
• 5.2.2.3 模型方程的检验
• 5.2.2.4 反应速率常数及活化能的确定
• 5.2.2.5 反应机理的确定
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历