催化氧气液相氧化苯制苯酚的研究进展

苯酚是一种重要的化工原料,可用于生产石化产品、农用化学品、药物和塑料等。采用氧气液相氧化苯制苯酚的反应具有原子利用率高,环保和成本低等优点。综述了金属催化剂和非金属催化剂在苯液相氧化制苯酚反应中的应用,探讨了催化剂的合成、反应机理和催化性能等,以期为氧气液相氧化苯制苯酚的催化剂的设计提供参考。     

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。     

高选择性苯直接催化氧化制苯酚

将倍酸和焦倍酸两个多羟基化合物与Fe(Ⅱ )组成的催化体系 ,用于苯的过氧化氢直接羟化反应 ,获得良好的苯的转化率和对苯酚的选择性。反应体系中未引入有害物质。重点考察了Fe(Ⅱ ) /酸配体物质的量比、催化剂用量、反应温度和时间对苯羟化反应的影响。     

生产苯酚的一步法新工艺

日本大赛尔（Daicel）化学工业公司与位于大阪的Kansai大学应用化学系合作，开发了从苯和cO制取苯酚的一步法工艺。其他的直接法制取苯酚的探索，如苯与氢和氧在钯膜反应器中制取苯酚，产率很低（低于15％）。通常，制取苯酚需要3个反应步骤。首先，苯与丙烯反应生成异丙苯；异丙苯再氧化为过氧化氢异丙苯；过氧化氢异丙苯进一步分解为苯酚和副产物丙酮。在新的工艺中，苯酚直接在空气存在下（0．5．1MPa分压）利用CO（1-1．5MPa分压）为还原剂合成。该反应发生在约90℃的含水醋酸溶液中，采用杂多酸催化剂，如磷钼钒酸。在实验室条件卞，一次通过转化率达到25％-30％，苯酚选择性达到90％。催化剂可使用5次以上再更换。     

低温常压下苯一步制备苯胺研究进展

系统地总结了在低温常压条件下苯一步直接制备苯胺的国内外研究进展。以羟胺为胺源得到的苯胺产率较高,可以达到86.3%;以氨水为胺源时,需要加入氧化剂使其在热力学上可行,反应中生成苯酚和生成苯胺是竞争反应,苯胺的产率可以达到17.3%。分析了苯一步直接制备苯胺反应的机理,其机理为自由基反应机理,反应的关键是得到NH_2自由基,并根据反应机理指明了未来的研究方向。     

新的一步法苯酚生产路线

日本Daicel化工公司与大阪的关西大学应用化学系合作开发了一种丛苯和一氧化碳出发一步合成苯酚的工艺路线。以往提出的一些直接法苯酚生产技术，例如苯和氢气及氧气在钯催化的膜式反应器中反应的工艺，都因收率太低（低于15％）而难以实现工业应用。而在目前常用的工业生产苯酚路线中，一般需要三个步骤来产出苯酚。首先，苯与丙烯反应而生成异丙苯；然后异丙苯氧化生成过氧化氢异丙苯，再分解得到苯酚和联产物丙酮。而在这种新工艺中，苯在有空气（0．5～1MPa分压）存在的环境中与起还原剂作用的一氧化碳（0．5～1MPa分压）反应而直接合成苯酚。反应可以在醋酸水溶液中于90℃的温度下进行，采用一种非均相催化体系如磷酸钼钒。在实验室条件下，已经取得了25％～30％的单程转化率和90％的苯酚选择性。催化剂可以使用5次以上，然后则必须进行更换。     

ZnO催化对苯二甲酸脱羧制苯的反应历程

通过比较不同金属氧化物催化对苯二甲酸脱羧制苯的活性及反应产物分布情况,优选ZnO作为脱羧催化剂。采用FT-IR、XRD和Py-GC/MS表征了催化对苯二甲酸脱羧反应前后的ZnO催化剂及对苯二甲酸锌配合物。同时还对对苯二甲酸锌配合物进行了TG-DTA及DTG分析,以探讨ZnO催化对苯二甲酸脱羧反应机理以及催化剂积炭的原因。结果表明,当反应温度为550℃、质量空速为0.48 h-1时,ZnO催化对苯二甲酸脱羧的转化率达到100%,产物中苯的质量分数达40 %。ZnO催化对苯二甲酸脱羧反应分两步进行,首先对苯二甲酸化学吸附在ZnO表面形成对苯二甲酸锌配合物,然后再热分解生成苯、CO2等。对苯二甲酸锌配合物的热分解温度在410~530℃,在N2中热分解时发生的深度脱氢反应导致积炭的形成。     

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。     

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。     

亚铁离子及甲酸催化过氧化氢氧化柴油深度脱硫研究

将噻吩和二苯并噻吩溶解于正辛烷配制成模型油,在Fe^2＋和甲酸的催化作用下,用过氧化氢氧化脱硫。研究了Fe^2＋的催化氧化性能及反应条件对其催化性能的影响。实验结果表明：30％H2O2-HCOOH-Fe^2＋产生的过氧甲酸和羟基自由基能迅速将模型有机硫化合物氧化,氧化脱硫率可达到96％以上,Fe^2＋和甲酸的催化氧化性能明显优于单纯使用甲酸。甲酸浓度、Fe^2＋／H2O2摩尔比、过氧化氢加量及反应温度对氧化脱硫率均有影响。30％H2O2-HCOOH-Fe^2＋体系氧化FCC柴油,然后经过萃取能达到深度脱硫,柴油硫含量从0．7268％（ω）降至0．0114％（ω）,脱硫率达到98．43％,油回收率为85．53％。     

中国科学院金属研究所乙苯氧化脱氢制苯乙烯机理研究获进展

近日,中国科学院金属研究所研究团队采用基于低碳烷烃催化脱氢反应第一性原理的微观反应动力学模拟方法,研究纳米碳催化乙苯氧化脱氢制苯乙烯的反应机理。结果表明,该反应主要通过单活性态参与反应(ER)的机理发生,而自由基反应在特定条件下也起到重要作用。该研究成果发表于《美国化学会催化》杂志。通过烷烃催化脱氢反应可将低碳烷烃分子高效转化为同碳烯烃。但烷烃催化脱氢(直接和氧化)反应面临选择性低、积炭以及高能耗等问题,设计和开发新型高效催化剂是解决问题的关键。在分子水平上揭示催化剂性质和反应机理是筛选高效催化剂的前提条件。     

金属氧化物催化尿素与苯酚合成水杨酰胺

在反应釜中考察了几种金属氧化物催化尿素与苯酚反应合成水杨酰胺的活性,并对催化活性较高的ZnO和CaO的催化机理进行了探讨。实验结果表明,ZnO和CaO都具有较高的催化能力,这是因为两者都有利于尿素热分解形成活性中间体异氰酸。ZnO能与异氰酸配位使其活化,高效合成水杨酰胺;CaO能稳定苯酚中的苯氧负离子,高效地活化苯酚。ZnO是该合成反应均相催化剂的前体,CaO是该反应的多相催化剂。在相同反应条件下,ZnO的催化活性高于CaO。研究ZnO与CaO混合物的催化效果发现,二者的混合物能同时活化两个反应物从而起到协同作用,达到最佳的催化效果。以0.10 g ZnO和0.10 g CaO的混合物为催化剂,在反应温度240℃、反应时间12 h、尿素用量6 g、苯酚用量94 g的条件下,水杨酰胺的收率为54.3%。     

活性炭负载磷钨酸哌啶盐催化合成苯偶酰

以活性炭为载体制备负载型磷钨酸哌啶盐催化剂,采用X射线粉末衍射(XRD)进行表征。将其作为过氧化氢氧化苯偶姻合成苯偶酰催化剂,研究了氧化剂用量、反应温度、催化剂用量等条件对氧化反应的影响,并采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和熔点测定对产物进行了表征。实验结果表明:该催化剂催化性能良好。较优实验条件为:催化剂负载量10%,催化剂加入量为3.3%(与总反应物质量比),反应温度110℃,过氧化氢与苯偶姻摩尔比3.5∶1,反应时间3.5h,苯偶酰收率可达95%以上。     

苯与水一步氧化合成苯酚的催化体系

报道了Ｆｅ－Ｃｕ－Ｍｎ氧化物／海泡石催化剂的研制方法及其对苯羟基化为苯酚的催化作用。讨论了催化剂Ｆｅ￣（３＋）含量、沉淀液ｐＨ值和反应温度对催化活性的影响规律。以水为羟基化剂，取得了苯转化率１４．８１％，苯酚选择世９６．９０％的结果。     

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。     

Cu-Al交联黏土催化剂的制备及其苯直接羟基化催化性能

通过直接向稀释的黏土悬浮液中引入Cu-Al交联剂,制备了不同n(Cu)/n(Cu+Al)的Cu-Al交联黏土催化剂。运用XRD、BET、FT-IR、TG、H2-TPR、SEM等手段表征所制备的Cu-Al交联黏土催化剂,并将其用于催化苯-H2O2直接羟基化制备苯酚反应中,考察了溶剂种类、反应时间、反应温度、催化剂用量、n(H2O2)/n(Benzene)对催化剂活性的影响。结果表明,Cu-Al交联黏土催化剂在苯直接羟基化反应中具有良好的催化活性,在最佳反应条件下可使苯转化率达64.2%,苯酚选择性达85.1%,苯酚收率达54.6%,优于其他含铜催化剂的催化效果。     

合成苯酚的一步法工艺

1996年，由苯直接合成苯酚且不产生丙酮副产物的一步法工艺，已由Monsanto公司进行中试。该技术由Monsanto公司与俄罗斯的Boreskov催化工程学院（BoreskovInstituteofCatalysis）联合开发，工艺的关键是沸石催化剂。Monsanto公司将根据该试验把一步法工艺放大用于工业生产，并拟于1999～2000年期间建设11万t／a或更大规模的工业装置，工业装置可能建在目前美国。苯酚用于己二酸扩大生产。在一步法合成本酚工艺中，苯和一氧化二氮被逼入到催化剂上生成苯酚，不产生副产物和废物。一氧化二氮可利用已二酸生产过程中产生的废物，从而解决环…     

用于N_2O一步氧化苯制苯酚的Fe-ZSM-5催化剂的积碳及再生研究

考察了Fe-ZSM-5分子筛催化剂对N_2O一步氧化苯制苯酚反应的催化性能以及催化剂的积碳和再生过程。通过TG分析得出,在不同空速下,65min内催化剂上的积碳量(质量分数)都接近5%。催化剂的活性评价结果表明,不同空速下形成的积碳对催化剂活性的影响不同,高空速下形成的积碳更易使催化剂失活,低空速下形成的积碳对催化剂活性的影响相对较小。采用非等温法研究了失活Fe-ZSM-5分子筛催化剂的烧炭动力学,得出了烧炭动力学方程,其中烧炭活化能为138.15kJ/mol,烧炭反应级数为7.2。分析结果表明,烧炭过程中的失重量变化率对烧炭速率影响极大,内扩散是烧炭反应的控制步骤。     

乙苯生产中的催化反应技术

主要介绍了苯烷基化反应热力学和催化反应机理以及国内外各种苯烷基化催化剂的发展。简单介绍了与此相关的工艺,比较了几种工艺之间的特点。同时介绍了催化蒸馏反应器在苯烷基化工艺中的应用。     

Cu-Al交联黏土催化剂的制备及其苯直接羟基化的催化性能

通过直接向稀释的黏土悬浮液中引入Cu-Al交联剂,制备了不同n(Cu)/n(Cu+Al)的Cu-Al交联黏土催化剂。运用XRD、BET、FT-IR、TG、H₂-TPR、SEM等手段表征所制备的Cu-Al交联黏土催化剂,并将其用于催化苯- H₂O₂直接羟基化制备苯酚反应中,考察了溶剂种类、反应时间、反应温度、催化剂用量、n(H₂O₂)/n(benzene)对催化剂活性的影响。结果表明,Cu-Al交联黏土催化剂在苯直接羟基化反应中具有良好的催化活性,在最佳反应条件下可使苯转化率达64.2%,苯酚选择性达85.1%,苯酚收率达54.6%,优于其他含铜催化剂的催化效果。