催化酯化合成乳酸正丁酯 ——催化剂及反应动力学研究

论文摘要

本文采用间歇反应器,在连续搅拌的条件下合成乳酸正丁酯。考察了固体酸Hβ沸石分子筛对酯化反应的催化性能,并在此基础上对Hβ沸石催化剂进行了一系列的改性,采用浸渍法制备了以Hβ为载体不同负载量的硅钨酸催化剂和磷钨酸催化剂。采用IR和TPD对催化剂的物化性质进行了表征,并在间歇反应器中测定了催化剂的酯化活性。对实验条件如酯化时间、用料比、催化剂用量等进行了探索,提出了最佳的酯化条件。结果表明:Hβ的酯化性能主要是强B酸,负载杂多酸以后其酸性增强,B酸酸量增大。随着负载量的增加,负载催化剂的催化活性不断增加。负载量到40%时,具有较好的活性。优选出负载40%磷钨酸催化剂。另外,在常压, 343.15K～461.15K温度范围内,对负载型磷钨杂多酸催化乳酸与丁醇酯化合成乳酸丁酯反应的动力学进行了研究。结果表明,杂多酸催化合成乳酸丁酯的酯化反应为二级可逆反应。采用拟均相模型,对实验所得数据进行线性回归处理,得到了实验条件范围内该酯化反应的动力学方程及各动力学参数,动力学方程为:

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第1章 文献综述
• 1.1 乳酸正丁酯简介
• 1.2 乳酸正丁酯传统生产方法简介
• 1.3 酯化反应中的催化剂
• 1.3.1 质子酸催化剂
• 1.3.2 固体超强酸催化剂
• 1.3.3 杂多酸（盐）催化剂
• 1.3.4 沸石分子筛
• 1.4 不同种催化剂催化合成乳酸正丁酯的对比研究
• 1.5 羧酸酯化反应的机理
• 1.5.1 硫酸催化的酯化反应机理
• 1.5.2 沸石催化剂催化的酯化反应机理
• 4^2-/M_xO_y型固体超强酸催化剂的催化机理'>1.5.3 SO₄^2-/M_xO_y型固体超强酸催化剂的催化机理
• 1.6 多酸化学催化剂在酯化反应中的研究进展
• 1.6.1 杂多酸性质与结构
• 1.6.2 负载型杂多酸催化剂的制备及其在催化反应中的应用
• 1.7 酯化反应中水的影响
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验药品及仪器
• 2.1.1 药品及其来源
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 催化剂的选用和制备
• 2.2.1 间歇反应实验中选用的催化剂
• 2.2.2 Hβ负载杂多酸的制备
• 2.2.3 Hβ负载杂多酸催化剂成型
• 2.2.4 离子改性Hβ催化剂的制备
• 2.2.5 活性炭负载杂多酸的制备
• 2.3 Hβ负载杂多酸催化剂的表征
• 2.3.1 催化剂的IR 测试
• 2.3.2 催化剂的酸性和酸量测定
• 2.4 用化学方法测定乳酸含量
• 2.5 催化剂的活性评定
• 2.5.1 间歇反应实验装置
• 2.5.2 实验方法
• 2.5.3 校正因子的确定
• 2.5.4 转化率的计算
• 2.6 内扩散、外扩散实验
• 2.7 乳酸带水和不带水的对比实验
• 2.8 动力学实验
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 校正因子的测试
• 3.2 催化剂的制备及表征
• 3.2.1 催化剂的制备
• 3.2.2 催化剂的IR 谱图
• 3.2.3 催化剂酸量测定结果
• 3.3 催化剂活性评定
• 3.3.1 空白试验结果
• 2SO₄催化性能的比较'>3.3.2 Hβ与浓H₂SO₄催化性能的比较
• 3.3.3 离子交换改性Hβ的催化剂的催化性能
• 3.3.4 活性炭固载杂多酸的催化性能
• 3.3.5 负载型杂多酸催化剂的催化性能
• 3.3.6 催化剂的筛选和活性比较
• 3.3.7 催化剂优选小结
• 3.4 产物测试及分析
• 3.4.1 反应产物的IR 表征
• 3.4.2 产物的气-质联用表征
• 3.5 间歇反应工艺实验
• 3.5.1 带水剂的加入对反应的影响
• 3.5.2 乳酸正丁酯合成条件的优化
• 3.5.3 催化剂的重复利用
• 3.5.4 间歇反应最佳工艺小结
• 3.6 本征动力学研究
• 3.6.1 外扩散的影响
• 3.6.2 内扩散的影响
• 3.6.3 化学平衡常数
• 3.6.4 反应速率常数
• 3.6.5 反应活化能及指前因子
• 3.6.6 反应动力学结论
• 第4章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢