多相催化选择氧化甲苯合成芳香醛类化合物的研究

论文题目: 多相催化选择氧化甲苯合成芳香醛类化合物的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 物理化学

作者: 王峰

导师: 徐杰

关键词: 多相催化,选择氧化,碳氢键活化,分子氧,甲苯

文献来源: 中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 烃类选择氧化在石油化工和精细化工中占有极其重要的地位。据统计,催化过程生产的各类有机化学品中,选择氧化产品约占25%以上。选择氧化过程是附加值高、分子量增加的过程,但伴随着强放热反应,目标产物大多为热力学上不稳定的中间化合物,很容易发生深度氧化生成CO2和H2O。因此,催化选择氧化碳氢键是利用烃类化合物的重要途径之一,选择性问题是研究烃类氧化面临的挑战之一。本论文提出采用多相催化剂,以分子氧为氧源,液相条件下的合成路线是提高目标产物选择性的有效途径之一。论文在液相条件下采用多相催化剂和分子氧,首次实现了催化选择氧化甲苯合成苯甲醛;研究发现铜铁复合氧化物负载型催化剂有利于提高甲苯的转化率和苯甲醛的选择性,氧化铝为载体,催化剂重复使用四次后,仍有较高的活性和选择性。XRD表征显示催化剂反应前后结构稳定。论文将原位屏蔽法引入到多相催化氧化的研究中,提高了目标产物的选择性:甲苯转化率维持在7%以上,苯甲醛的选择性从45.6%上升到85.9%,苯甲醇和苯甲酸的选择性显著下降。论文在液相条件下采用多相催化剂和分子氧,首次实现了催化选择氧化邻甲酚和对甲酚合成相应的羟基苯甲醛。研究发现活性炭负载铜钴氧化物催化剂对邻甲酚选择氧化合成水杨醛有利,邻甲酚转化率为74%时,水杨醛选择性达到57%;活性炭负载铜锰氧化物催化剂对对甲酚选择氧化合成对羟基苯甲醛有利,对甲酚转化率为99%,对羟基苯甲醛选择性为96%,反应后的催化剂经洗涤和干燥后,可以重复使用。论文开发了针对甲苯氧化工业生产装置应用的JY-3 和JY-4 催化剂,模拟现有工业生产条件进行评价。工厂实地验证结果:JY-3 催化剂可以在温和条件下显著提高苯甲醛的产量;JY-4 催化剂可以在现有工业装置上直接使用,在稳定苯甲酸产量的前提下,增产苯甲醛,副产物完全消失5 种以上,3 类副产物的含量明显减少。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 甲苯选择氧化产物的主要用途

1.3 催化选择氧化甲苯合成芳香醛化合物的研究意义

1.4 催化选择氧化甲苯合成芳香醛化合物的研究进展

1.5 论文研究思路及设计

参考文献

第二章 实验部分

2.1 主要原料与试剂

2.2 催化剂制备

2.3 催化剂表征

2.4 催化剂的活性评价

2.5 产物分析方法的建立

第三章 甲苯催化选择氧化反应的研究

3.1 前言

3.2 催化剂制备表征和反应评价

3.2.1 催化剂制备及表征

3.2.2 催化剂反应评价

3.3 甲苯选择氧化反应的热力学基础

3.4 甲苯选择氧化反应的动力学分析

3.5 实验结果及讨论

3.5.1 甲苯选择氧化反应的安全性评价

3.5.2 以二氧化锆为载体催化剂的评价

3.5.3 以氧化铝为载体催化剂的评价

3.5.4 原位屏蔽方法(in situ capping method)的研究

3.5.5 竞争吸附实验

3.5.6 少量水对反应的影响

3.5.7 催化剂预处理对反应性能的影响

3.5.8 时间-产物分布曲线

3.5.9 催化剂的多相性考察

3.5.10 催化剂工业实验

3.6 结论

参考文献

第四章 邻甲酚催化选择氧化反应的研究

4.1 前言

4.2 产品用途及其合成方法

4.2.1 产品用途

4.2.2 合成方法

4.3 反应路线设计

4.4 实验部分

4.4.1 催化剂制备

4.4.2 催化反应及产物后处理

4.4.3 产物分析

4.5 实验结果及讨论

4.5.1 活性组分的筛选

4.5.2 催化活性组分比例的影响

4.5.3 时间-产物分布曲线

4.5.4 反应温度的影响

4.5.5 催化剂反应分离实验

4.6 结论

参考文献

第五章 对甲酚催化选择氧化反应的研究

5.1 前言

5.2 产品用途及其合成方法

5.2.1 产品用途

5.2.2 合成方法

5.3 反应路线设计

5.4 实验部分

5.4.1 催化剂制备

5.4.2 反应及产物后处理

5.4.3 产物分析

5.5 实验结果及讨论

5.5.1 催化剂筛选

5.5.2 反应历程

5.5.3 产物分布随时间变化的曲线

5.5.4 搅拌速度对催化性能的影响

5.5.5 反应温度对催化性能的影响

5.5.6 溶剂对催化性能的影响

5.5.7 溶剂用量对催化性能的影响

5.5.8 NaOH用量对催化性能的影响

5.5.9 催化剂分离实验

5.6 结论

参考文献

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简介和发表文章目录

致谢

发布时间: 2005-10-15

参考文献

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