固体催化剂上丙酮缩合制备异佛尔酮的研究

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1、河北工业大学 硕士学位论文 固体催化剂上丙酮缩合制备异佛尔酮的研究 姓名：崔圆圆 申请学位级别：硕士 专业：化学工艺 指导教师：陈霄榕 2011-04 河北工业大学硕士学位论文 i 固体催化剂上丙酮缩合制备异佛尔酮的研究固体催化剂上丙酮缩合制备异佛尔酮的研究 摘摘 要要 作为重要的精细化工原料及中间体，异佛尔酮用途极为广泛且附加值高。近年来随着 对丙酮气固相合成异佛尔酮的绿色合成工艺路线的重视，国内外对所使用的固体催化剂的 研究越来越广泛。 本实验采用氨水为沉淀剂，共沉淀法制备出了一系列 MgCaAl 复合酸碱固体催化剂， 通过固定床反应器进行活性评价，并通过 TPD、XRD 等表征手段对催化

2、剂的结构及性质 进行了分析。 与 MgAl体系催化剂相比较， MgCaAl复合氧化物催化剂的催化活性优于MgAl 体系催化剂。 通过系统的研究制备方法、添加离子、金属摩尔比、沉淀 pH 值、晶化温度（共沉淀 温度）及焙烧温度等制备条件，确定现有实验条件下该类催化剂较为适宜的制备条件为： 并流共沉淀法，Mg/Ca/Al 摩尔比为 10:1:10，沉淀 pH 值为 9.0，晶化温度为 70，焙烧温 度为 600时催化剂具有较好的催化活性。此时丙酮的转化率为 32.8%，异佛尔酮的选择 性为 84.8%。 实验又考察了催化剂评价条件中反应温度、稀释剂等因素的影响。由实验结果可知： 适当降低反应温度可

3、减少高沸物的生成，丙酮转化率及异佛尔酮选择性为 32.3%和 86.5%。 实验结果表明，MgCaAl 三元复合氧化物催化剂表面的酸碱中心性质（强度与密度） 较适宜于异佛尔酮的合成反应，并且该催化剂具有较好的稳定性。 关键词：关键词：异佛尔酮，丙酮，酸碱固体催化剂，MgCaAl 复合氧化物，共沉淀法 固体催化剂上丙酮缩合制备异佛尔酮的研究 ii STUDYSTUDYSTUDYSTUDY OFOFOFOFACETONEACETONEACETONEACETONE CONDENSATIONCONDENSATIONCONDENSATIONCONDENSATION TOTOTOTO ISOPHORONE

4、ISOPHORONEISOPHORONEISOPHORONE OVEROVEROVEROVER SOLIDSOLIDSOLIDSOLID CATALYSTSCATALYSTSCATALYSTSCATALYSTS ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT As an important raw material of fine chemical and intermediates, the usesof isophorone are very extensive and it has high added value. In recent years, the conde

5、nsation of vapour phase acetone to isophorone is a way of green process route. With the importance of this way, at home and abroad the research on the solid catalyst which is used were more and more widely. A seriesofMgCaAlcompositeacid-basecompoundcatalystwerepreparedby coprecipitation method, used

6、 ammonia as the precipitating agent，tested in a fixed-bed reactor. The structure and properties of these catalysts were characterized by means of XRD and TPD. Compared with binary MgAl compounds, the catalytic properties of ternary MgCaAl system are better. Meanwhile, the main factors affecting acti

7、vity of catalysts were investigated. The results showed that: parallel flow coprecipitation, the catalysts of MgCaAl molar ratio of 10:1:10, pH 9.0, the crystallization temperature 70, calcination temperature 600 have the nice activity. The conversion of acetone and the selectivity of isophorone mai

8、ntains at 32.8% and 84.8%. Then the reaction conditions such as reaction temperature and diluent agent were discussed ， experimental results reveal that reducing the reaction temperature properly is propitious to inhibit formation of high boiling products. The conversion of acetone and the selectivi

9、ty of isophorone maintains at 32.3% and 86.5%. And, the diluent agent is helpful for synthesis of isophorone. From the above experiments, the existence of acid and basic centers on the surface of MgCaAl complex oxides are favorable for the synthesis of isophorone, and this catalyst has good stabilit

10、y. KEYKEYKEYKEY WORDS:WORDS:WORDS:WORDS: isophorone, acetone, acid-base compound solid catalyst, MgCaAl complex oxide, co-precipitation method 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1-11-11-11-1 课题的研究背景课题的研究背景 1-1-11-1-11-1-11-1-1 异佛尔酮的理化常数异佛尔酮的理化常数 异佛尔酮（isophorone，简称 ISO） ，化学名为 3, 5, 5-三甲基-2-环己烯-1-酮，分子式为 C9H14

11、O，分 子量为 138.21，是丙酮化学中的第一代衍生物。异佛尔酮理化性质如表 1.1 所示。 O CH3 CH3CH3 3,5,5-Trimethyl-2-cyclohexen-1-one 表 1.1异佛尔酮的理化性质 Table 1.1Properties of isophorone 项目物化性质 外观性状淡黄色或无色透明液体，具类似樟脑性气味 相对密度（水=1）/ kg/m30.923 熔点/-8.1 沸点（760mmHg）/215.2 蒸汽压（mmHg /20）0.2 黏度/cp(20)2.62 比热容(15,定压)/kJ/(kgK)1.8 折射率（20）1.5 闪点（开口）/96 着

12、火点/462 爆炸极限(下限)/%(体积)0.8 爆炸极限(上限)/%(体积)3.8 溶解性 微溶于水，但能与烃、醛、醇、酯、醚等多数有机溶剂 混合均匀 稳定性露光变成二聚物，在空气中氧化生成酮 固体催化剂上丙酮缩合制备异佛尔酮的研究 2 1-1-1-1-1-1-1-1-2 2 2 2 异佛尔酮的应用异佛尔酮的应用 异佛尔酮是重要的精细化工原料及中间体1，由于其溶解能力强、分散性和流平性好，作为优良的 高分子材料溶剂使用。另外，异佛尔酮具有沸点较高、吸湿性较低、蒸发速度微小等特点，所以在聚氨 酯、塑料、医药、香料、农药、涂料等工业领域的用途极其广泛 2 , 3 。异佛尔酮在各个领域内的具体应

13、用如下介绍： 用做溶剂4 在多个领域内异佛尔酮可代替丙酮、甲基异丁基酮等作为溶剂，可溶解丙烯酸酯树脂、环氧树脂、 硝化纤维素、醇酸树脂、聚酯等，且其使用效果较甲基异丁基酮更强，它已成为极为重要的酮类溶剂。 由于较高沸点，微小的蒸发速度，因此基于安全及环境保护等方面也较优异。 聚氨酯5方面 在经过加成反应、加氢反应、再经光气化反应后，异佛尔酮可制得异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，是 聚氨酯涂料中的重要脂肪族异氰酸酯原料。IPDI 具有优异的力学性能及耐老化性能，是生产耐光性、 耐候性聚氨酯所必需的原料。它与聚酯、聚醚、多元醇反应，可制得耐泛黄性好、机械性能和耐化学腐 蚀性能优越的聚氨酯树脂6。

14、涂料用途 近些年来使用 IPDI 作为涂料原料，其特点是溶解性能好，可溶于芳烃溶剂；在添加中短油度醇酸 磁漆后可提高漆干性、硬度、耐油性能，可用于车辆涂装和制造汽车修补漆。此外还能以封端异氰酸酯 的形式用作静电喷涂粉末涂料和溶剂型工业涂料的交联剂，尤其是在罐体涂装和线圈涂装方面使用较 多，市场前景看好。 用于油墨行业 单组分溶剂挥发型油墨的使用较方便、性能稳定，更能适应于各种印刷方式的要求。而异佛尔酮用 于丝网印刷可以有效防止油墨干燥太快、封网等缺点，使印刷图案更加清晰、完整、丰满。其聚氨酯连 结料所使用的原料中含有异佛尔酮二异氰酸酯及作为链增长剂的异佛尔酮二胺。 农药方面 因其良好的溶解性能

15、，异佛尔酮可用作农药的乳化用溶剂，可提高农药的溶解度 20以上。另外， 还用于制备 3，5 二甲酚杀虫剂、斯达姆34 除草剂等7。 胶粘剂方面 软包装用途的复合薄膜用胶粘剂、磁带粘合剂、鞋用胶粘剂等，其制造原料均采用了脂肪族二异氰 酸酯如 IPDI，其柔韧、无毒、耐水、耐老化性能优良。 医药行业用途 异佛尔酮加氢后与扁桃酸发生酯化反应可以制备得到环扁桃酯。 环扁桃酯是血管扩张用药， 适用于 脑外伤后遗症、脑动脉硬化症、闭塞性内膜炎、于足发绀、肢端动脉痉挛症等周围血管障碍疾患。 其他方面的应用8 三甲基己二酸可用异佛尔酮来制备，该产品是合成新型增塑剂、润滑剂、二胺、二醇及二腈的重要 中间体。异佛

16、尔酮还被用作罐头内壁涂层溶剂、除草剂中的耐寒防冻溶剂、拒鸟剂，在高纬度地区的需 求广泛。 河北工业大学硕士学位论文 3 1-1-1-1-1-1-1-1-3 3 3 3 国内外生产应用与发展前景国内外生产应用与发展前景 二十世纪六十年代至九十年代，国外的异佛尔酮发展较迅速。目前，国外异佛尔酮的主要生产厂商 为：美国罗姆哈斯公司、德国德固赛公司、日本大赛珞公司、陶氏化学公司、英国 BP 公司等，总生产 能力可达 10 万 t/a。我们国家目前尚无正式厂家实行工业化异佛尔酮的生产，仅有少数几家试剂企业少 量试验性的生产，如上海实验试剂有限公司、成都市科龙化工试剂厂等，国内异佛尔酮的需求主要依赖 于进口。 由于国内异佛尔酮的合成技术有待提高， 加上其价格较贵， 一直制约着我国异佛尔酮的生产与应用。 但近年来其合成所需的原料丙酮发展迅速， 且我国涂料等行业对原料档次的要求逐步升高， 国内异佛尔 酮的市场将进入一个快速的发展期9。 因此，异佛尔酮本身及其衍生物的开发和应用，不仅具有原料优势，还可大大