以异丁醛和甲醛合成新戊二醇的反应研究

作     者：杨文龙 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张东升;舒畅

授予年度：2022年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：新戊二醇 酸碱催化剂 镍催化剂 缩合加氢法 

摘      要：新戊二醇（NPG）是一种重要的精细化学品,其工业生产主要采用缩合加氢法。该法主要涉及甲醛与异丁醛（IBA）的缩合反应、以及缩合产物羟基新戊醛（HPA）的加氢反应。目前,缩合反应过程主要采用液体碱催化剂,存在不易回收、污染环境等缺点;而加氢反应过程中,存在贵金属催化剂生产成本高、铜系催化剂铜颗粒易团聚致使活性低、镍系催化剂反应条件苛刻等问题。基于此,本论文设计、制备了酸碱双功能缩合催化剂,开发了适用于温和条件下的镍系催化剂,并将上述催化剂应用于缩合、加氢制备新戊二醇的反应过程。对于缩合反应过程,选定Si O为催化剂载体,采用浸渍法制备了一系列催化剂15%X/Si O（X=Mg O、Ca O、Sr O、Ba O）。通过活性测试及XRD、BET、CO-TPD、NH-TPD等表征,表明随着催化剂碱量的增大,异丁醛的转化率先增加后减小;HPA的选择性与催化剂酸量、酸量与碱量比值正相关。而且,催化剂15%Mg O/Si O的催化效果最好,其具有较大的比表面积、孔容及孔径,表面酸量较大（主要为弱酸和中强酸）,碱量相对较小（中强碱比例较大）,酸碱量比值较大。在该催化剂上,适宜的反应条件为:甲醛与异丁醛摩尔比为1.2:1,催化剂用量为8 wt.%,反应温度80℃,反应时间16 h。在上述反应条件下,IBA的转化率为89.3%,HPA选择性为91.5%。该催化剂重复使用三次后,反应性能基本一致,且晶型结构、酸碱性质无明显变化。对于加氢过程,本文采用共沉淀法和浸渍法制备了镍系催化剂Ni/AlO,并在温和的反应条件下考察其催化羟基新戊醛加氢制备新戊二醇的反应性能。结合XRD、BET、H-TPR、CO脉冲吸附等表征结果,表明浸渍法制备的20%Ni/AlO催化剂具有良好的反应性能。该催化剂比表面积较大（200 m/g）,金属分散性好,且催化剂中的镍物种易被还原为Ni。在相对较温和反应条件下(反应温度103℃,压力3MPa,空速为1 h,氢醛比为10),HPA转化率为100%,NPG选择性为99.3%。同时,该催化剂寿命测试发现,在1000 h的长周期评价过程中,HPA的转化率和NPG的选择性波动较小,表明该催化剂性能稳定,具有良好的工业应用价值。