探究甲苯液相空气氧化的催化剂及动力学研究

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1、浙江大学硕士学位论文甲苯液相空气氧化的催化剂及动力学研究姓名：骆燕申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：陈纪忠201006浙江大学硕士学位论文摘要摘要苯甲醛和苯甲酸是有机合成工业中的重要中间体及聚合物单体，广泛而大量地应用于合成材料、表面活性剂、染料和其他精细化工产品行业，在国民经济中作用巨大。目前，苯甲醛和苯甲酸主要通过甲苯液相空气催化氧化法制得，该工艺具有环境友好，反应条件温和，收率高，安全性好等优点。本文以纯甲苯为原料，苯甲酸为引发剂，采用搅拌釜反应器，在消除传质对反应动力学影响的前提下，系统的研究了乙酰丙酮钴(Ⅱ)和异辛酸钴、异辛酸锰、异辛酸锆混合物两类催化剂对甲

2、苯液相空气催化氧化反应的的催化性能及规律，并将其与传统的环烷酸钴、环烷酸锰、环烷酸镍混合物催化剂加以比较。首先，本文考察了乙酰丙酮钴(Ⅱ)的催化性能，探讨了反应时间、反应温度及催化剂浓度对催化体系的影响。发现随着反应时间的延长，其深度催化氧化能力有所下降，反应前期能促进苯甲酸、苯甲酸苄酯生成的深度氧化反应，后期对苯甲醇的生成反应起主要促进作用；乙酰丙酮钴(Ⅱ)适合在低温下进行氧化反应，但温度低时活性自由基较少，反应体系活性时间短，确定适宜的反应温度为165"C；高催化剂浓度能促进苯甲酸的生成，低催化剂浓度则有利于苯甲醛、苯甲醇的生成；增加催化剂浓度并不能加快氧化反应速率，只能

3、增加反应体系活性时间。另外，本文还深入研究了该催化剂体系的动力学，测定不同温度下的动力学曲线后，通过建立反应网络的动力学模型，拟合动力学参数，计算出各物质随时间的变化曲线，并将其与实验数据加以对比。其次，本文以异辛酸钴、异辛酸锰、异辛酸锆混合物为催化剂，考察了反应时间、反应温度、催化剂金属总含量和锆浓度对反应过程的影响，确定适宜的反应温度和催化剂金属总含量分别是165"C和120“∥g(Co：Mn：Zr=11：3：1)。适宜的锆浓度可以起到很好的协同催化作用，能加速甲苯的前期氧化反应步骤，促进苯甲醛的生成，但对后期生成苯甲酸的氧化反应步骤加速效果不如前期明显。最后，本文对环烷

4、酸钴、环烷酸锰、环烷酸镍混合物，异辛酸钴、异辛酸锰、异辛酸锆混合物，乙酰丙酮钴(II)三种催化剂的催化性能进行比较，发现前两者催化剂的催化活性较稳定，活性时间较长，乙酰丙酮钴(Ⅱ)在反应后期活性下降。与环烷酸系列催化剂相比，异辛酸系列催化剂由于锆的作用能抑制沉淀现象发浙江大学硕士学位论文摘要生，相同质量的异辛酸锆比环烷酸镍的催化活化效果要略好一些，更加有经济性，具有广泛的工业应用前景。关键词：甲苯，液相催化氧化，乙酰丙酮钴(1／)，异辛酸锆，动力学I玎浙江大学硕士学位论文AbstractBenzaldehydeandbenzoicacid，whicha．reimportant

5、intermediatesandpolymermonomers，Canbewidelyandextensivelyusedinorganicsyntheticindustry，suchaScomposites，surfactants，dyesandotherfinechemicalproducts．Theliquid-phaseoxidationoftoluenebyairismainproducingprocessofbenzaldehydeandbenzoicacid，whichisenvironmentallyfriendlyforitsmildreactioncond

6、itions，hi【ghyieldandgoodsafety．Therefore，thisworkistoinvestigatethecatalysisandkineticsoftheliquid—phaseoxidationofpuretoluenebyusingcobaltacetylacetonate(II)【Co(acach】orcobalt／manganese／zirconiumethylhexanoate嬲catalystsseparatelyandbenzoicacidasinitiatorinastirredtankreactorwithouttheeffec

7、tofthemasstransfer．ThecatalysisofCo(acach，theeffectsoftemperatureandcatalystconcentrationontheoxidationreactionoftoluenewerefirstlystudiedinthispaper．ItWasfoundthattheabilityofdeepoxidationdecreasedinsp“eoftheincreaseofthereactiontime，itdisplayedbetterca