催化酯化合成乳酸正丁酯—催化剂与反应动力学.研究

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1、北京服装学院硕十学位论文．^上-JLl刖声乳酸正丁酯是一类重要的Q一羟基酯类化合物，它是一种无色稳定、气味温和、微溶于水的液体，同时又是一种性能优良，用途广泛的高沸点溶剂。主要用于天然树脂、合成树脂、油漆、印刷油墨、干洗液、粘接剂等，也是一种受人欢迎的食用合成香料，可用于一些软饮料、冰淇淋等食品中。目前工业上合成乳酸正丁酯多以浓硫酸为催化剂，由乳酸和正丁醇直接进行酯化Ⅲ。用浓硫酸作催化剂虽然可以获得理想的酯化率，但酯化时常伴有氧化、硫化等副反应，从而使产品颜色加深，给后处理带来麻烦：而且反应结束后为除去多余的硫酸还

2、需经过中和与水洗处理，致使生产工序繁杂，产品损失大，并产生大量废水。随着环保法规对环境要求的不断提高，开发可取代硫酸的新型催化剂也成为工业生产中普遍关心的问题。选择合适的固体酸催化剂代替浓硫酸，成为近年来一直受人们重视的研究课题。超强酸离子交换树脂、沸石分子筛、杂多酸等作为酯化反应中的非均相催化剂越来越受到人们的关注。固体酸作为酯化催化剂它的突出特点是催化活性高、无分离、无污染、不腐蚀设备、可重复使用等。本文介绍杂多酸(HeteropolyAcid，简写为HPA)是由杂原子(如P、Si、Fe、Co等)和多原子(如M

3、o、W、V、Nb、Ta等)按一定的结构通过氧原子配位桥联组成的一类含氧多酸，具有很高的催化活性，它不但具有酸性，而且具有氧化还原性，是一种多功能的新型催化剂，杂多酸稳定性好，可作均相及非均相反应，甚至可作相转移催化剂，对环境无污染，是一类大有前途的绿色催化剂，它可用作以芳烃烷基化和脱烷基反应、酯化反应、脱水／化合反应、氧化还原反应以及开环、缩合、加成和醚化反应等。因杂多酸独特的酸性、“拟液相”行为、多功能(酸、氧化、光电催化)等优点在催化研究领域中受到研究者们的广泛重视。沸石分子筛由于自身的特殊结构作为酯化催化剂时

4、具有热稳定性好、活性高、选择性好以及酸强度可调等优点。其中H13沸石分子筛是当前较好的一类沸石分子筛催化剂。不同类型的酯化反应，对沸石分子筛的性能要求不同。因此需前言要将各种多价阳离子引进沸石中，创造出优良的催化剂。这也是分子筛发展的主要方面。例如Fe—B沸石催化剂是通过H13沸石催化剂分子筛改性制得，H13沸石分子筛改性可通过离子交换法和浸渍法离子交换法完成，进而制得Fe-13沸石催化剂。2北京服装学院硕士学位论文第1章文献综述1．1乳酸正丁酯简介乳酸正丁酯，又名alpha一羟基丙酸丁酯，英文名butyllact

5、ate或butylalpha_hydroxypropionate，CASNo．：138—22—7，其作为高沸点溶剂广泛应用于天然树脂、合成树脂、香料、油漆、印刷油墨、干洗液、粘接剂等行业中乜3它的主要性质如下：无色液体，略有气味。溶解性：微溶于水，可混溶于醇、醚。健康危害：动物实验，可引起气急、呼吸困难、共济失调等。目前，在工业生产中未发现对人的危害。口11．2乳酸正丁酯传统生产方法简介在传统的硫酸法酯化工艺中，使用硫酸为催化剂，将乳酸和正丁酯按等比例混合后加入反应釜中进行酯化。反应后的产物由反应釜中导出，进入精致

6、流程。这种工艺的优点是使用硫酸为催化剂价格便宜，但是由于硫酸的氧化性比较高容易产生氧化产物使产物的颜色发黄，影响产品的质量。另一方面，由于硫酸有较强的腐蚀性，对反应设备的腐蚀性较强，一方面加大了设备的损失另一方面消耗了作为催化剂的硫酸，需要不断的补充硫酸，而且排出的废液酸性很高污染环境Ⅲ。第1章文献综述1．3酯化反应中的催化剂1．3．1质子酸催化剂1。3．1。1硫酸酯化反应最常用的质子酸催化剂是硫酸。少量的浓硫酸即能起催化作用，它还能吸收酯化反应生成的水而提高反应收率，一般用量控制在反应所用醇量的8％左右璐1。目前

7、工业上酯的生产通常就是采用硫酸作催化剂，它价廉易得，催化效率较高。但是该法催化剂对设备腐蚀严重、副反应多、后处理复杂、环境污染严重。显而易见，对生产羧酸酯的催化剂及其方法进行改进，是非常必要且具有应用价值的。1．3．1．2磷酸利用腐蚀性小的磷酸作为均相催化剂，反应体系稳定，催化剂使用寿命长，产品分离简便且纯度高，适合工业化生产。多聚磷酸酸性不强，在温和条件下不催化酯类产物的水解反应，而对酯化反应尤其对芳香族酯类的合成具有催化活性高、副反应少、产物易分离的优点，能够大大提高产率，具有工业开发价值。如阿司匹林的催化合成

8、中使用多聚磷酸作催化剂产率高达96．7％，而浓硫酸作催化剂产率仅91％。此外，次磷酸、三氯化磷、五氧化二磷等都能用作酯化反应的催化剂。1．3．1．3金属氧化物及盐类催化剂用于酯化反应催化剂的盐类化合物比较多，常用的有碱金属和碱土金属的亚磷酸盐、无水氯化钙、无水硫酸铜、氯化铁、氯化锌、金属醇盐等。这些化合物除无水氯化钙和无水硫酸铜外，皆为均相催化剂，它们催化效