Fe-Cu催化剂催化苯酚羟基化的反应动力学研究

苯酚-H2O2羟基化联产邻苯二酚和对苯二酚是目前最有前途的合成苯二酚的绿色工艺路线之一。采用已开发成功的Fe-Cu金属酸盐催化剂，在无梯度反应器中，通过改变反应温度、苯酚／H2O2摩尔比、苯酚初始质量分数3个因素，系统考察了Fe-Cu和Fe-Cu／Al2O32种催化剂催化苯酚-H2O2羟基化的反应动力学过程。结果表明，在相同的M／FAo（M为催化剂质量，FAo为反应器入口关键组分A的流量）条件下，反应温度升高、苯酚／H2O2摩尔比减小、苯酚初始质量分数增大，都会使得苯酚转化率升高，相应的苯二酚的选择性也会有所下降。预测了Fe-Cu催化剂催化的苯酚羟基化反应机理，推导出苯酚羟基化反应动力学方程，并拟合出相关反应动力学参数。     

铁基复合金属氧化物催化苯酚羟基化反应研究

一种新的用于苯酚羟基化反应的仙化剂铁基复合金属氧化物,采用共沉淀法合在。铁基复合金属氧化物催化剂在催化苯酚羟基化反应中,先经历一个诱导期,然后反应液中加入少量醋酸能非常有效地缩短催人诱导期。以合成的铁基复合金属氧化物做催化剂,在苯酚羟基化反应中不仅速度快,而且苯二酚选择性高,并对该催化剂在苯酚羟苦化反应中的机理进行了探讨。     

苯二酚生产工艺进展

简述了苯二酚的用途和市场需求、生产工艺和技术特点,综述了苯酚羟基化制苯二酚工艺研究进展,同时介绍了我院开发的小试技术,以促进苯二酚下游系列产品的开发。     

苯酚羟基化合成苯二酚反应过程中酚焦油的生成机理

对铁基复合氧化物催化苯酚羟基化合成苯二酚反应过程中酚焦油的生成机理进行了研究。苯酚羟基化反应是典型连串反应,模拟研究表明,苯二酚比苯酚更容易氧化,且邻苯二酚比对苯二酚更易缩合生成酚焦油。对苯二酚进一步氧化生成对苯醌和4,4′-二羟基二苯醚,后者为氧化缩合产物。对苯醌能够氧化邻苯二酚生成邻苯醌,自身被还原为对苯二酚,邻苯醌不稳定在热水中很快降解。反应液中残留催化剂对苯二酚氧化缩合生成酚焦油具有促进作用。对废催化剂沉积酚焦油、蒸馏所得酚焦油进行了分析,结果表明,废催化剂上所含酚焦油热失重峰在320℃左右,含有C=O 结构物质,与从邻苯二酚水溶液中回收所得废催化剂沉积焦油相似。蒸馏所得酚焦油含有条状结晶物和非晶物质,前者为多元酚类物质,后者是不溶于热水和丙酮的醌类或醚类缩合物。最后,推测了苯二酚进一步氧化缩合生成酚焦油的途径和酚焦油的生成机理。     

苯酚羟基化合成苯二酚反应产物分离与物料平衡的研究

对苯酚羟基化合成苯二酚产物分离与物料平衡过程进行了研究，结果表明，采用常压脱水和减压精馏工艺，可以实现苯酚羟基化产物的分离，但常压脱水和减压精馏过程均有酚焦油生成。为得出确切的酚焦油含量，在密闭系统常压条件下，有催化剂存在时，用水、醋酸、苯酚、邻苯二酚和对苯二酚模拟羟基化反应液，进行脱水分离，并计算苯二酚损失量，即可得酚焦油生成量。经95℃反应2h，邻苯二酚减少22．8％，对苯二酚减少4．7％。在塔顶温度114℃，塔压2．4kPa操作条件下，将精馏得到的苯酚和邻苯二酚倒入塔底残液中再次蒸馏，邻苯二酚损失12．6％，与塔底液增加量相当。以水和苯酚为物料平衡研究对象，根据精馏结果，完成了苯酚羟基化合成苯二酚工艺过程的物料平衡研究，并与气相色谱分析结果进行了比较，分析了气相色谱分析结果与物料平衡计算结果存在的差距，其原因在于气相谱分析结果难以对酚焦油进行精确定量，且长时间脱水和蒸馏过程也会产生酚焦油。     

苯酚羟基化合成苯二酚反应产物分离过程酚焦油的形成原因

对苯酚羟基化合成苯二酚产物分离过程酚焦油的形成原因进行了研究。模拟研究表明,在含有邻苯二酚和对苯二酚的混合溶液中,邻苯二酚比对苯二酚更易氧化缩合生成酚焦油。苯酚羟基化反应液中催化剂残留和催化剂被溶解形成的金属离子对酚焦油的形成具有促进作用;对苯醌的存在对酚焦油的生成具有促进作用;泄漏进入的氧或空气可加速苯二酚的氧化缩合反应;酚焦油生成量随常压脱水和减压精馏过程操作温度的升高、操作时间的延长而增加。醋酸能溶解催化剂活性组分,存在醋酸和金属离子残留问题,从而增加了羟基化反应产物分离过程酚焦油的生成量。在羟基化反应产物中加入Na2HSO3,使羟基化反应产物中的对苯醌还原,同时减少羟基化反应产物中的溶解氧含量,从而起到了抑制脱水和精馏过程中酚焦油生成的作用。     

铁基复合氧化物催化苯酚羟基化反应诱导期的研究

以Fe-Mg-O/γ-Al2O3作催化剂,研究了催化剂用量、反应温度、醋酸加入量对苯酚羟基化反应诱导期的影响。以磷氧化物改性制备的复合氧化物Fe-AE做催化剂,水为溶剂,反应温度65℃,反应时间30min,苯酚5.3g,催化剂0.051g,过氧化氢/苯酚(摩尔比)0.33:1,溶剂水10.6g,反应诱导期仅5min,苯酚转化率21.2%,苯二酚选择性92.9%,过氧化氢有效利用率59.6%。最后推测了苯酚羟基化的自由基机理。     

苯酚羟基化制备苯二酚的研究

在管式连续反应器中,对 H_2O_2在催化剂作用下氧化苯酚制邻、对苯二酚的工艺过程与控制进行了研究,考察了各级反应器中 H_2O_2进料流量分配、反应温度、苯酚/H_2O_2摩尔配比等因素对反应结果的影响,对管式反应器中苯酚羟基化反应进程进行了分析。结果表明,当苯酚原溶液中苯酚的质量分数为12%,苯酚/H_2O_2摩尔比为2.0,H_2O_2在各级反应器进料流量分配依次为6,5,6,4,4 mL/min,循环水初始温度为40℃时,苯酚的转化率可达44%左右,苯二酚的总选择性可达80%左右。     

Fe(OH)_3催化苯酚羟基化反应

以Fe(OH)3为催化剂催化苯酚进行羟基化反应,讨论了催化剂用量、反应温度、n(H2O2):n(苯酚)、反应时间等因素对苯酚羟基化反应的影响,并对反应诱导期和反应机理进行了初步的探讨。实验结果表明,苯酚羟基化反应经历诱导期和快速反应期两个阶段,诱导期后反应在很短的时间(小于3min)内完成,这种反应动力学特征可能是由于反应过程中的催化活性物种在诱导期为Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)redoxpair(自由基机理)、而在快速反应期为Fe(Ⅲ)与苯二酚的络合物(亲电取代机理)所致。在水20.0mL、苯酚1.880g、反应温度40～90℃、催化剂用量(占苯酚的质量分数)0.5%～4.0%、n(H2O2):n(苯酚)=0.80的条件下,苯酚的转化率达40.0%以上,苯二酚的选择性在88.0%左右。     

壳层钛硅分子筛的制备与表征

采用两步水热晶化方法,以有机硅源和钛源制备了壳层钛硅分子筛RTS,利用多种分析表征和评价手段对RTS和常规钛硅分子筛TS-1的物化性质及催化氧化性能进行了分析表征和评价。结果表明:所制备的RTS物相为MFI结构,活性钛物种主要分布在颗粒的表层,为壳层钛硅分子筛;RTS在苯酚羟基化制备苯二酚的探针反应中表现出与TS-1相当的催化氧化活性和目的产物苯二酚的选择性,而且可重复使用,性能优于TS-1。     

均匀设计对苯酚羟基化反应工艺条件的优化

采用均匀设计试验方法，对TS-1催化的苯酚羟基化反应条件进行了优化。对原料配比、催化剂及溶剂用量、反应时间、反应温度等因素进行了研究。优化后的工艺条件为：H2O2与苯酚摩尔比0.5-0.6，催化剂TS-1用量（以苯酚质量计）10%左右，溶剂丙酮用量（每摩尔苯酚）20mL，反应时间5-6h，反应温度65℃。在此条件下，苯酚转化率达到40%-46%，苯二酚选择性大于93%，H2O2有效利用率75%左右。     

改进的无溶剂法制备FeAPO-11分子筛及其催化性能

在文献中所报道AEL型分子筛无溶剂合成法的基础上，引入低温预处理、机械化学预处理、晶种和双氧水等合成变量进行具有特定形貌或孔结构的高结晶度的FeAPO-11分子筛的合成，并将制备的分子筛作为催化剂应用于苯酚的羟基化反应中。采用 XRD、SEM、氮气物理吸脱附以及紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等手段对FeAPO-11分子筛进行表征，深入探讨了催化剂上铁元素含量、铁物种分布和比表面积等因素对苯酚羟基化反应的影响。结果表明，低温预处理和双氧水的引入能显著提高FeAPO-11分子筛的结晶度，在特定条件下能制备出具有规则纳米晶聚集体形貌的FeAPO-11分子筛。催化结果表明，苯酚羟基化反应的诱导期长短主要取决于FeAPO-11催化剂中非骨架铁形式的多核铁的含量。在被考察的5个催化剂中，FeAPO-11-LHSB由于具有规则的纳米晶聚集体形貌、高的外表面积及骨架铁含量，在苯酚羟基化反应中展示出最优的性能，其苯二酚的产率和选择性分别为33.6%和67.6%。     

钛硅沸石TS—2催化苯酚羟基化性能研究

以用水热法合成的钛硅沸石ＴＳ－２为催化剂，考察其应用于苯酚羟基化制备苯二酚的性能。结果表明，控制适当的反应速率是提高苯酚转化率Ｈ２Ｏ２利用率的关键，反应速率与温度，原料配比，氧化剂加入方式等因素有关。选择水为溶剂，能在一定程度上抑制副反应的发生，随着催化剂再生次数的增多，苯酚转化率有所提高，产物会分布也有所变化，这可能与沸石骨架中的Ｔｋ环境发生变化有关。     

CuO、NiO/MCM-48的制备与表征

采用浸渍的方法在MCM-48上负载了过渡金属氧化物(CuO、NiO),并尝试移植有机官能团化等不同方法增加其负载量.用XRD、ICP-AES等手段对产物进行了表征,结果表明,部分金属氧化物已经进入到MCM-48的孔道中.并首次用苯酚羟基化反应表征了一系列不同铜含量的CuO/MCM-48催化剂的催化活性,得到了较高的苯酚转化率和较好的苯二酚选择性.     

过渡金属负载钛交联粘土催化剂的制备及催化性能的研究

 以钛酸正丁酯为钛源制备了钛交联黏土纳米复合材料(Ti-PILC)，然后以该钛交联黏土为载体，制备了并用于苯酚羟化反应的过渡金属负载钛交联黏土催化剂Fe-Ti-PILC、Cu-Ti-PILC和V-Ti-PILC。运用XRD、FT-IR、TG-DSC、SEM和元素分析等对钛交联黏土纳米复合材料和催化剂进行了表征，还考察了以Fe-Ti-PILC为催化剂的苯酚羟化反应中溶剂和催化剂用量、n(Phenol)/n(H₂O₂)、反应温度和反应时间等对反应的影响。结果表明，与Cu-Ti-PILC、V-Ti-PILC相比，Fe-Ti-PILC对苯酚羟基化反应具有较高的催化活性；在以水为溶剂、Fe-Ti-PILC催化剂用量50mg，n(phenol)/n(H₂O₂)=3, 反应温度70℃、反应时间3h的条件下，苯酚羟基化反应中苯酚的转化率为25.8%，苯二酚选择性为85.8%。     

Cu/FSM-16催化苯酚与过氧化氢反应合成苯二酚

 以 Cu/FSM-16为催化剂,以水为溶剂,催化氧化苯酚与过氧化氢羟基化反应合成对苯二酚和邻苯二酚,考察了 Cu/FSM-16中 Cu 的负载量、Cu/FSM-16催化剂用量、反应时间和温度等影响因素。结果表明,在优化反应条件下,苯酚转化率可达到22.7%, 苯二酚的选择性为87.4%,并且该催化剂可以重复使用。     

2,2′-(4-硝基苯基)二吡咯甲烷铜配合物的合成及其催化苯酚羟基化反应的活性

以2,2′-(4-硝基苯基)二吡咯甲烷与Cu(CH3COO)2·H2O为原料,在甲醇溶液中成功合成了2,2′-(4-硝基苯基)二吡咯甲烷铜配合物;利用FTIR、元素分析及质谱对该配合物的结构进行了表征。以2,2′-(4-硝基苯基)二吡咯甲烷铜配合物为催化剂,进行苯酚羟基化反应,研究了反应条件对苯酚羟基化反应的影响。实验结果表明,反应的最佳条件为:催化剂用量50 mg、苯酚浓度1.0 mol/L、30%(w)H2O21.8 mL、反应温度60℃、反应时间4 h。在此条件下,苯酚转化率达63.5%,苯二酚的选择性达到100%(邻苯二酚和对苯二酚的选择性分别为50.2%和49.8%)。重复使用实验结果表明,催化剂的重复使用性能较好。     

常温下H2O2氧化高浓度苯酚水溶液制备苯二酚

以表面活性剂为苯酚增溶剂,水为溶剂,H2O2为氧化剂,05B 05Cr 4Fe MCM 41为催化剂,催化苯酚羟基化反应合成苯二酚,考察了表面活性剂种类、苯酚在水中的质量分数(m(Phenol)/(m(Phenol)+m(H2O)))、苯酚与H2O2的摩尔比(n(Phenol)/n(H2O2))、反应温度对该反应的影响。结果表明,在以十二烷基磺酸钠为增溶剂、m(Phenol)/(m(Phenol)+m(H2O))=030、n(Phenol)/n(H2O2)=3、反应温度25℃、反应时间2 h的条件下,苯酚羟基化反应的苯酚转化率达到242%,苯二酚的选择性达到948%,且05B 05Cr 4Fe MCM 41催化剂具有良好的重复使用性能,基本满足工业化要求。     

苯直接羟基化制苯酚工艺研究开发的进展

综述了苯直接羟基化制苯酚的氧化反应,包括N2O氧化法、H2O2氧化法、O2/H2氧化法.介绍了苯直接羟基化制苯酚的氧化反应的催化剂和工艺条件.探讨了这些新方法的工业应用前景.     

苯酚羟基化反应过程研究的分析方法

苯酚羟基化制邻、对苯二酚是研究最为活跃的绿色工艺之一,由于反应过程复杂、副产物多,反应产物的分析势必是评价结果好坏的关键。本文采用反相高效液相色谱法分析反应体系中的苯酚、邻苯二酚、对苯二酚和间苯二酚等有机组分的浓度,采用碘量法分析双氧水含量,从而测定反应的转化率、选择性和产品收率。实验表明,本文建立的方法操作简便、精度高、平行性好,完全适用于苯酚羟基化反应催化剂筛选和工艺研究。