ZnCl2改性离子交换树脂催化酚酮缩合反应的研究

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双酚A(BPA)是一种重要的有机化工原料,主要用于合成环氧树脂和聚碳酸酯。催化剂在合成BPA的过程中起着重要的作用,研究出高效、环保的工艺迫在眉睫。本文制备了ZnCl2改性离子交换树脂催化剂,对其进行了表征并研究了其合成BPA的工艺条件。首先,采用离子交换法制备了一系列Lewis酸改性树脂催化剂。结果表明,在酚酮缩合生成BPA的反应中,ZnCl2改性离子交换树脂催化剂性能优于其他改性催化剂,这与Lewis酸的强弱有关,酸强度较弱的Lewis酸能很好的与树脂中的磺酸基络合形成新的酸中心。研究了改性催化剂的最佳制备条件,当ZnCl2浓度为2%时,反应时间6h,使用前树脂干燥48h,以无水乙醇为溶剂时得到的ZnCl2改性离子交换树脂催化剂中锌含量为1.2mmol/g,交换容量为6.7mmol/g,此催化剂用于酚酮缩合反应的效果最好。其次,对ZnCl2改性树脂催化剂进行了一系列表征即电镜扫描(SEM),傅里叶变换红外光谱(FT-IR),吡啶吸附及热重-微分热重分析(TG-DTG)。SEM可以看出改性后树脂的裂痕有所减少,孔变小,但是大孔仍然占主要地位;FT-IR图谱表明改性前后树脂的基本骨架不变,但是与金属锌络合之后,部分磺酸基中的S=O双键由原来的等性变成了不等性;吡啶吸附红外表明改性的催化剂中含有B酸与L酸,而原树脂中只有B酸;TG-DTG曲线表明,改性后,树脂的稳定性得到了提高。最后,以ZnCl2-改性离子交换树脂为催化剂,考察了催化剂用量、原料配比、转速、反应温度、反应时间对丙酮转化率和BPA选择性的影响。确定了最佳反应条件:催化剂用量为反应物总质量的13%,酚酮摩尔比8:1,转速800rpm,反应温度70oC,反应时间60min。在此条件下BPA产率为70%,选择性达到95%。对催化剂的重复使用进行了考察,连续使用五次,BPA产率仍然维持在67%,选择性为92%。采用高效液相色谱(HPLC)对产品组成进行分析。
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