论文部分内容阅读
乙酸正丁酯是一种重要的基本有机化工原料,广泛应用于涂料、清漆、香料等行业。传统工业上乙酸正丁酯的合成采用浓H2SO4作催化剂,但是该法存在着诸多不足：副反应多,设备腐蚀大,产品纯度不高,后处理繁琐,环境污染严重。因此,安全环保的绿色催化剂(如固体酸)成为近些年来研究的重点。相对于浓硫酸催化剂,固体酸中的聚苯乙烯磺酸树脂是研究较多的合成酯用催化剂。但也存在着容易和原料中的金属离子交换而失活、酸强度低于浓硫酸、连续化生产易粉化等问题,使其大规模工业化应用受到很大的限制。本文选用商品化的大孔聚苯乙烯磺酸树脂做载体,利用液固溶剂法,在SnCl4无水乙醇溶液中制备改性树脂,以提高树脂的性能,并研究了该改性树脂催化剂催化合成乙酸正丁酯的工艺条件。以催化合成乙酸正丁酯为反应体系,考察了改性树脂制备过程中改性温度、改性时间、SnCl4的用量、洗涤方式、产物等因素对催化活性的影响。结果表明,用D001-CC树脂在回流状态下,SnCl4用量为10.71%(体积分数),改性时间6h时所制得的改性树脂具有较优的催化效果。利用FTIR、XRF、XRD等手段对改性树脂进行了表征。结果表明,SnCl4和树脂发生了络合反应形成了新的酸性中心；改性树脂在连续分水的条件下,具有良好的催化效果。将树脂和改性树脂分别经金属离子溶液处理后,改性树脂的催化活性变化不大,证明改性树脂不会被金属离子交换而失活。用制备的改性树脂研究了催化合成乙酸正丁酯的工艺条件。通过单因素试验和正交试验,确定合成的最佳条件为醇酸比1.5、反应温度115℃、催化剂用量6g/mol(HAc),反应时问80min,乙酸的转化率为99.10%。改性树脂在连续分水的条件下可以保持稳定高效的催化效果,催化乙酸和正丁醇反应70分钟,乙酸的转化率可以达到98.56%,并能重复使用10次以上。在此基础上研究了改性树脂催化反应精馏合成乙酸正丁酯的工艺条件,考察了反应时间、醇酸摩尔比等因素的影响,确定了最佳工艺条件为原料醇酸比1.3,反应时问50min,乙酸的转化率达到97.8%,为改性树脂催化剂的工业化生产提供了一些基础的数据。