H_2O_2氧化苯乙烯合成环氧苯乙烷的工艺研究

【摘要】：环氧苯乙烷是一种重要的化工原料,工业用途广泛。近年来,随着环氧苯乙烷市场需求旺盛,以及传统生产工艺所面临的环保压力,开发一条绿色环保、经济高效的合成工艺已成为化工领域中的一个重要课题。本文研究提出了以绿色氧化剂H2O2催化氧化苯乙烯合成环氧苯乙烷的工艺路线,其主要研究内容及结果如下： 针对H2O2催化氧化苯乙烯合成环氧苯乙烷反应体系,首先对其催化剂进行了筛选,实验发现MgO对其具有较高的催化性能。然后通过不同方法制备得到较佳催化剂MgO-700,进而以MgO-700为催化剂,通过实验考察了影响反应的各种因素,得到合成环氧苯乙烷的较佳工艺条件为：乙腈为溶剂,NaOH为助剂,苯乙烯0.47ml(0.417g),n(H2O2)∶n(苯乙烯)=6：1,V(乙腈)：V(苯乙烯)=10：1,MgO-700 50mg.NaOH 10mg反应温度：60℃,反应时间：10h。在此条件下.苯乙烯转化率达95.0%，环氧苯乙烷选择性达92.0%。 对苯乙烯/H2O2催化环氧化反应体系进行了热力学分析,估算得到了环氧苯乙烷的相关热力学数据△1H1.7θ和S1.7θ，以及在293.15K-363.15K温度范围内合成反应的相关热力学数据ΔrHl.T0、ΔrSl.T0、ΔrGl.T0和Kp.T0。发现主反应为吸热反应副反应为放热反应,均可自发进行,升高温度可促进环氧苯乙烷的生成,抑制苯甲醛的生成。 采用等温法研究了以MgO-700为催化剂,苯乙烯和H202直接环氧化合成环氧苯乙烷的宏观动力学,得到反应级数为一级,反应活化能为Ed=16.05kJ／mol,指前因子A=3.246,反应的宏观动力学方程式为：rA=3.246e-16.05×103/RTCA。另外还计算了平行反应中主反应和副反应的活化能,发现升温可促进目的产物环氧苯乙烷生成,抑制副产物苯甲醛生成,与热力学分析得到的结果相一致。 【关键词】：环氧苯乙烷 苯乙烯 H_2O_2 合成 MgO 热力学 动力学
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ241
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 环氧苯乙烷简介9-10
• 1.2 H_2O_2为氧源的苯乙烯环氧化反应的催化剂研究概况10-15
• 1.2.1 金属络合物催化剂10-11
• 1.2.2 分子筛催化剂11-12
• 1.2.3 杂多化合物催化剂12-13
• 1.2.4 纳米催化剂13-14
• 1.2.5 类水滑石催化剂14-15
• 1.3 本文研究的目的意义和主要内容15-16
• 2 实验部分16-24
• 2.1 实验原料及仪器16-17
• 2.2 工艺流程及反应装置17-18
• 2.3 实验操作18
• 2.4 产品分析18-24
• 2.4.1 气相色谱分析条件18
• 2.4.2 气相色谱定性分析18-20
• 2.4.3 气相色谱定量分析20-21
• 2.4.4 标准曲线准确性的验证21-22
• 2.4.5 转化率和选择性的计算22-24
• 3 环氧苯乙烷合成反应体系的确定24-29
• 3.1 催化剂的筛选24-26
• 3.2 催化剂的制备26-27
• 3.3 溶剂的选择27
• 3.4 助剂的选择27-28
• 3.5 小结28-29
• 4 环氧苯乙烷合成较佳工艺条件的确定29-36
• 4.1 反应时间对反应的影响29-30
• 4.2 反应温度对反应的影响30
• 4.3 催化剂用量对反应的影响30-31
• 4.4 反应物配比对反应的影响31-32
• 4.5 助剂用量对反应的影响32-33
• 4.6 溶剂体积对反应的影响33-34
• 4.7 较佳工艺条件重复性实验34-35
• 4.8 催化剂的重复性实验35
• 4.9 小结35-36
• 5 合成环氧苯乙烷的热力学研究36-42
• 5.1 环氧苯乙烷的热力学参数估算36-38
• 5.1.1 环氧苯乙烷的气相△_fH_(g.298)~θ和S_(g.298)~θ的估算36-37
• 5.1.2 环氧苯乙烷的液相C_(pl,T)~0的估算37
• 5.1.3 环氧苯乙烷的△_vH_(298)~θ的估算37-38
• 5.2 各物质的液相△_fH_(l,T)~θ和S_(l,T)~θ的估算38-39
• 5.3 合成反应的液相△_rG_(l,T)~θ和K_(p,T)~θ的估算39-41
• 5.4 小结41-42
• 6 合成环氧苯乙烷的动力学研究42-50
• 6.1 环氧化反应速率表达式42-43
• 6.2 实验部分43
• 6.3 实验结果与讨论43-49
• 6.3.1 宏观动力学模型建立43
• 6.3.2 宏观动力学数据测定43-44
• 6.3.3 反应速率常数与反应级数的确定44-47
• 6.3.4 反应活化能的计算47-49
• 6.4 小结49-50
• 7 结论50-51
• 参考文献51-54
• 致谢54-55
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果55

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