固体碱催化酯交换法制备乙二醇单乙醚醋酸酯的研究

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本论文介绍了乙二醇单烷基醚醋酸酯的特殊性能。作为新一代万能溶剂,具有极强的溶解能力,尤其对聚合物高分子的溶解力更强,因此应用十分广泛。针对目前工业中酯交换法制备乙二醇单烷基醚醋酸酯中所产生的问题,如催化剂昂贵、毒性大、不能回收利用等,本论文首次将非均相碱催化剂用于该反应。论文着重研究了类水滑石固体碱、氧化物本征固体碱、负载型固体碱三大类无机固体碱催化酯交换法合成乙二醇单乙醚醋酸酯(EEA),并对毒性更低的P系列成员之一——丙二醇单甲醚醋酸酯(PMA)的合成也进行了探索。1.Mg-A1水滑石固体碱催化酯交换法制备乙二醇单乙醚醋酸酯(EEA)采用共沉淀法制备了不同镁铝比的Mg-A1水滑石材料,将其用于催化制备EEA,研究结果表明:(1)当n(Mg/A1)=3时,合成的水滑石有较好的催化效果。以n(Mg/A1)=3的Mg-A1水滑石为催化剂催化制备EEA,EEA的收率为90.8%。(2)对n(Mg/A1)=3的Mg-A1水滑石进行了多种表征,结果证明所合成的材料具有典型的水滑石结构,且性能稳定。2.氧化物固体碱MgO、CaO催化酯交换法制备EEA(1)MgO的碱性位主要来自表面吸附水所产生的羟基,而CaO的碱性位主要来自其中具有晶格缺陷的氧。(2)以优选出的CaO(800℃,5h)为催化剂,对酯交换反应的条件进行了优化。优化的条件为:酯醇摩尔比为4:1,催化剂用量为总反应物质量的1%,反应温度80~100℃,常压下反应5h,EEA的收率为99.0%。(3)固体碱CaO(800℃,5h)回收方便,且重用性好。重复使用5次后,EEA的收率仍在90%以上。3.负载型固体碱催化酯交换法制备EEA利用浸渍法合成了KF、K2CO3、KOH为活性中心的负载型固体碱催化剂,分别对不同载体和不同负载量进行了考察,研究结果如下:(1)催化性能最佳的负载型固体碱是10%K2CO3/A12O3。(2)对优选出的镁铝水滑石固体碱、氧化物本征固体碱、负载型固体碱进行了比较,优选出的固体碱催化剂为10%K2CO3/A12O3。(3)与传统的均相催化剂进行比较,进一步证明了所合成的催化剂10%K2CO3/A12O3性能优良,价格便宜,且可重复使用。(4)对不同的乙二醇单烷基醚进行了底物的扩展实验,取得了较好的结果。(5)对反应的机理进行了探讨,为进一步研究提供实验和理论的依据。4.PMA的合成(1)以10%K2CO3/A12O3为催化剂,制备PMA的优化条件为:酯醇摩尔比为6:1,催化剂用量为总反应物质量的1.0%,反应温度80~100℃,常压下反应5h。丙二醇单甲醚(PM)的转化率为95.9%,PMA的选择性为100%。(2)固体碱10%K2CO3/A12O3具有良好的重复使用性能。重复使用5次后,PM的转化率仍保持在90%以上,选择性为100%。(3)与传统均相催化剂进行了对比,说明制备的固体碱10%K2CO3/A12O3是一种性能优良的非均相催化剂。
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