固体酸催化剂上2-烷基蒽醌合成的研究

论文摘要

2-烷基蒽醌是蒽醌法生产双氧水、感光化合物、染料和降解树脂等的主要原料和中间体。随着双氧水需求量的逐年增加,急需提高2-烷基蒽醌的生产。2-烷基蒽醌的工业化生产方法,利用发烟H2SO4或浓H2SO4为催化剂进行2-（4’-烷基苯甲酰基）苯甲酸脱水闭环合成2-烷基蒽醌,不但对设备腐蚀严重,而且产生大量的废酸,造成环境污染。本论文在前期工作的基础上,以环境友好的沸石分子筛为催化剂,进一步研究了Hβ沸石硅铝比、晶粒尺寸对2-（4’-乙基苯甲酰基）苯甲酸（BEA）脱水闭环合成2-乙基蒽醌（2-EAQ）的影响,催化剂的失活原因及再生方法,并尝试使用固体酸催化剂催化2-（4’-叔丁基苯甲酰基）苯甲酸脱水闭环合成2-叔丁基蒽醌（2-TBAQ）。通过研究得到如下结论:1.催化剂的酸性质及晶粒大小对反应性能均有影响。低温时,扩散为速率控制步骤,催化剂晶粒尺寸对反应影响明显,晶粒越小,反应活性越高;升高温度,提高了分子的运动速度,从而削弱了扩散限制的影响,不同晶粒催化剂反应性能差异较小。2.反应物分子间脱水生成的大分子物种覆盖在催化剂表面,导致催化剂失活。利用乙醇洗涤失活催化剂,可以除去催化剂表面的大分子物种,再经焙烧除去催化剂上吸附的小分子物种,可以使失活催化剂得到再生,催化剂活性可以恢复到新鲜催化剂的水平。3.使用固定床工艺合成2-EAQ,得到BEA的最高转化率为64.0%,产物选择性达到60.7%。4.计算了蒽醌合成过程中能量分布,用计算机分子模拟技术模拟了蒽醌合成的反应过程,进而推测出反应机理。5.通过比较Hβ、HY等几种不同催化剂,发现HY沸石分子筛在2-（4’-叔丁基苯甲酰基）苯甲酸脱水闭环合成2-TBAQ工艺中具有优越的催化性能。催化剂的硅铝比对反应有明显的影响,当硅铝比为90时,HY的活性最好;柠檬酸改性可以改变催化刘的活性;升高温度可以明显提高反应的活性。目前2-（4’-叔丁基苯甲酰基）苯甲酸的最高转化率可达86.5%,2-TBAQ的选择性在85%以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 2-烷基蒽醌合成技术与应用市场
• 1.1.1 2-乙基蒽醌的生产方法概述
• 1.1.2 2-叔丁基蒽醌的生产方法概述
• 1.1.3 2-戊基蒽醌的生产方法概述
• 1.2 β沸石催化剂的研究进展及应用
• 1.2.1 β沸石的晶体结构
• 1.2.2 β沸石酸性质及晶粒度研究
• 1.2.3 β沸石失活及再生性能的研究
• 1.3 Y沸石分子筛的研究及其应用
• 1.4 计算机分子模拟技术的发展
• 1.5 本论文的选择及内容
• 2 实验部分
• 2.1 试剂与仪器
• 2.2 催化剂的制备
• 2.2.1 β沸石分子筛的来源与类型
• 2.2.2 Y沸石分子筛的来源与类型
• 2.2.3 沸石分子筛的制备
• 2.3 实验装置及实验方法
• 2.4 产物的分析及评价
• 2.4.1 产物分析
• 2.4.2 评价指标
• 2.5 催化剂的表征
• 3 Hβ沸石催化合成2-EAQ的研究
• 3.1 Hβ沸石的性质对反应性能的影响
• 3.1.1 Hβ沸石物化性能的表征
• 3.1.2 Hβ沸石在2-EAQ合成中反应性能研究
• 3.1.3 小结
• 3.2 β沸石催化剂的失活及再生性能的考察
• 3.2.1 催化剂的重复使用性能
• 3.2.2 再生方法的确定
• 3.2.3 积炭物种的确定
• 3.2.4 小结
• 3.3 2-EAQ合成的放大试验探索
• 4 固体酸催化剂上2-烷基蒽醌合成的理论研究
• 5 固体酸催化剂上2-TBAQ的合成研究
• 5.1 2-TBAQ合成标准曲线的确定
• 5.2 不同种类固体酸催化剂反应性能的比较
• 5.3 Hβ催化剂上2-TBAQ的合成
• 5.3.1 温度对反应性能的影响
• 5.3.2 催化剂用量对反应性能的影响
• 5.3.3 不同浓度柠檬酸改性对反应性能的影响
• 5.4 HY沸石催化剂上2-TBAQ的合成
• 5.4.1 HY-1催化剂的反应性能
• 5.4.2 HY-2催化剂的反应性能
• 5.4.3 HY-3催化剂的反应性能
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢