试析相转移催化法合成一缩二丙二醇的工艺研究

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1、青岛科技大学硕士学位论文相转移催化法合成一缩二丙二醇的工艺研究姓名：梁荣宁申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：叶庆国20080610青岛科技大学研究生学位论文相转移催化法合成二缩二丙二醇的工艺研究‘摘要一缩二丙二醇(DipropyleneGlycol，DPG)是环氧丙烷的重要工业衍生物之一，广泛应用于增塑剂和不饱和聚酯树脂生产，以及化妆品和香水制造等领域，伴随着世界消费水平的增长，人们对高品质DPG产品的需求越来越高，由于高品质的DPG技术一直被国外所垄断，因此目前我国尚无该产品的工业化生产。DPG传统的合成方法主要采用环氧丙烷在酸或碱性条件下开环后与丙二醇缩合制得，比较成熟的工艺

2、主要有液体酸或固体甲醇钠催化法，传统的液体酸或碱催化法DPG收率为61．5％巧7．3％，产物选择性69％、75％，且存在腐蚀设备、污染环境以及后续处理困难等一系列缺点。环境友好型固体酸或固体碱虽然能克服液体酸或碱的诸多缺点，但是固体酸、碱催化反应中往往存在严重的固一液相界面效应，导致反应周期明显增长、反应能耗较高等诸多不利因素，因而大多只能停留在实验室研究阶段，极大地阻碍了该法的工业化进程。伴随着相转移催化法的广泛应用，相转移催化剂(PTC)能使非均相反应在温和的条件下进行，使反应速度大大提高，克服酸或碱催化固．液相界面效应大的瓶颈，因此它将会是一种较有工业化应用前景的催化合成方法。鉴于

3、国内对高品质DPG的需求主要依赖于进口，国内的企业有必要加强该产品的合成新工艺的开发，尽快开发一条生产出质优价廉、同时适用于我国国情的工艺路线，加快实现目前国内该产品工业化生产进程，因此研究开发高品质DPG的绿色合成工艺不仅具有广阔的发展前景和现实的应用价值，而且具有学术意义，可为环氧丙烷的利用开辟新途径。本文以合成高品质DPG为目标，在研究传统液体酸和固体甲醇钠催化法合成DPG产品的基础上，将相转移催化法用于DPG绿色合成，以消除酸碱催化法中存在的界面效应影响，并合成出具有高产率、高品质、无污染的DPG产品。采用正交实验和单因素实验优化了液体硫酸催化合成DPG反应较适宜工艺条件为：85

4、％硫酸用量4％、vt，反应温度42℃，PG与Po的摩尔比O．7：1，1，2一丙二醇加料方式为滴加，滴加速度30g．h一，反应时间¨．5h，DPG的收率可达65．3％，PO转化率可达71．5％。采用自制的SO。2。／Fe：0，型固体酸，通过均匀设计建立了PG与PO的摩尔相转移催化法合成一缩二丙二醇的工艺研究配比x(1)、催化剂用量x(2)、反应时间x(3)和反应温度x(4)和目标函数的响应方程，回归分析达到显著水平。回归响应方程为：y=一29．ol+211．9x(1)一4．593x(2)+o．08807z(3)一o．05550x(4)一l22．4x(1)2+o．0528x(2b(4)基于响

5、应方程的优化分析得到固体酸催化法合成DPG的最佳工艺条件为：反应温度为150℃，l，2．丙二醇与环氧丙烷摩尔比为O．9：l，固体酸催化剂为原料总重量4％的，反应时间为14h，DPG的收率可达68．7％。通过正交实验和单因素实验法确定了固体甲醇钠催化法最佳的合成DPG反应条件：以分散型的固体甲醇钠颗粒(4％叭)为催化剂，反应温度100℃，PG与P0的摩尔比1．2：1，PO的加料速度909．min一，反应时间8h，DPG收率为70．3％，PO转化率可达80．5％。经进一步纯化处理，DPG产品的纯度可达99．8％。通过对反应机理的研究，建立了甲醇钠催化法合成反应的动力学模型，其宏观动力学模型为

6、：，

7、^r1一半=1707(minJ)exp卜2．54×104(J·molJ)／(R丁)pA吒Uf分别将相转移催化法用于固体酸和固体甲醇钠的合成工艺，并采用单因素实验对工艺条件进行了优化。以四丁基溴化铵TBAB为相转移催化剂的PTC．固体酸催化法，适宜催化剂用量为总原料摩尔数的4％，反应时间8h，反应温度120℃，搅拌速度460r．min．1，其DPG的收率为77．9％；采用PTC．固体甲醇钠催化法时相转移催化剂为18．冠．6聚醚，催化剂用量为总原料摩尔数的3％，反应时间4h，反应温度70℃，搅拌速度460r．min．1，DPG的收率可达82．2％。可以看出相转移催化法是一种高品质DPG

8、的绿色催化合成方法，它既保留了固体酸的高选择性、环境友好性以及后续处理简易性的优点，同时又具有固体甲醇钠催化时的高收率、简易操作的特点，具有较好的工业化前景。采用GC／MS联机和IR对DPG产品的含量和结构进行了分析和表征，采用比表面积测定仪、IR以及SEM对固体酸催化剂进行了表征，采用数字熔点仪、元素分析仪和1HNMR对自制相转移催化剂进行了表征。关键词：环氧丙烷；一缩二丙二醇；so。2一／Fe：o，固体酸；甲醇钠；相转移催化法；