CN109289922B - 一种氧气法合成n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺的催化剂制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧气法制备N‑环己基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺的方法,该种方法将(TBA)4PW11Cu(H2O)O39溶解在乙腈中,然后加入到海藻酸钠的水溶液中。经过冻干冷冻一段时间,得到了(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂,并将其用于氧气法合成N‑环己基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺的反应中。本发明方法具有反应过程简单,后处理简单,可实现催化剂的循环利用。在合成N‑环己基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺的反应中,产率高达90%,催化剂循环5次后,催化剂活性没有明显损失。
Description
技术领域
本发明属于催化剂材料制备技术领域,其中涉及到一种氧气法合成N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺的催化剂的制备技术,为其应用奠定基础。
技术背景
N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺,简写为CBS,是一种常用的橡胶硫化促进剂。它具有抗焦烧特性、硫化速度快等优点;在橡胶硫化过程中,N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺促进剂不变色、不喷霜,并且可使硫化胶定伸强度、抗拉强度得到明显提升,其在制作电缆、胶管、轮胎、胶带等工业制品领域应用广泛。目前N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺合成工艺有次氯酸钠氧化法(王显权,中国发明专利,CN201610873571.5;徐清华;薛香菊 中国发明专利,CN201710092441.2)、双氧水氧化法(刘秀兰,精细化工,2007,10,1015;李艳,石化技术与应用,2008,1,31;倪立宠,化学工程与装备,2014,11,37)等工艺。这些方法之中,存在氧化剂不够绿色,废水难以处理等问题。近年来,氧气法合成CBS因为具有省去了合成过程中的工序,减少了能源和辅助材料的消耗,该工艺过程简单,无污染,生产成本较低等优点,已经引起了广泛关注(王昌,氧气氧化法合成橡胶促进剂CBS,河南化工,2009,26-34),但是也存在着催化剂不便循环利用等问题。
因此,设计高效可回收的催化剂,对于有机化工具有重大的科学意义和实际意义。
基于以上文献的基础上,设计一个氧气法合成CBS的催化剂是十分必要的。
通过检索,尚未发现与本发明申请相关的公开专利文献。
发明内容
本项发明的目的是解决合成CBS过程中催化剂不便回收的问题。提供一种基于(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂的制备方法,希望实现氧气法合成CBS,并实现其循环利用的目标。
前面所述的(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂的制备方法,步骤如下:
在洁净的烧杯中依次加入海藻酸钠,水,强烈搅拌,得到海藻酸钠溶液。将(TBA)4PW11Cu(H2O)O39溶解在一定量的乙腈中,然后加入到海藻酸钠的水溶液中。强烈搅拌均匀一定时间,得到的溶液填充到一个套管模具中,中间的模板管外径为6 mm。在液氮中冷冻一段时间后,得到与模具形状相同的固体,再剥离中间的模板管。将剥离模板管后的材料进行冻干冷冻一段时间,就得到了孔直径约为6 mm的(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂。
前面所述的制备方法,优选的方案是,步骤(1)原料物质的量之比(TBA)4PW11Cu(H2O)O39:乙腈:海藻酸钠:H2O质量之比为0.5~2:3~6:1~5: 80~150(优选的:(TBA)4PW11Cu(H2O)O39:乙腈:海藻酸钠:H2O质量之比为1.2 :4:3 :120)。
前面所述的制备方法,优选的方案是,步骤(1)。强烈搅拌均匀一定时间为60~120min优选的,强烈搅拌均匀时间为100min)。
前面所述的制备方法,优选的方案是,步骤(1)冻干冷冻的时间为48h~96h(优选的,强烈搅拌时间为64h)。
本发明还提供了(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂在氧气法合成CBS的反应中,催化剂可以实现氧气法合成CBS,产率高达90%,并且催化剂可以循环5次,催化活性没有明显的损失。
上述催化反应溶剂选用乙腈、乙醇等。
本发明的设计思路如下:将均相的(TBA)4PW11Cu(H2O)O39与海藻酸钠经过冷冻干燥得到(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂,并将其应用于氧气法合成CBS的催化氧化中,实现催化剂循环利用的目标。
催化剂的信息通过以下方法获得的:在一个250 mL洁净的烧杯中依次加入海藻酸钠(1~5 g),水 (80~150 g),强烈搅拌30min,然后加入(TBA)4PW11Cu(H2O)O39(0.5~2g)的乙腈溶液(3~6g),强烈搅拌60~120 min,得到的溶液填充到一个套管模具中,中间的模板管外径为6 mm。在液氮中冷冻后,得到与模具形状相同的固体,再剥离中间的模板管。将剥离模板管后的材料进行冻干冷冻的时间为48h~96h小时,就得到了孔直径约为6.5 mm的(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂,然后用乙腈洗涤,过滤,干燥,产率约62~86%。
产品通过扫描电镜,粉末X射线衍射,红外光谱、元素分析进行表征,得到关于催化剂的准确信息。具体的结果如下:
催化剂的名称为(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂, 二者通过海藻酸钠的羧基氧与(TBA)4PW11Cu(H2O)O39中的Cu共价结合在一起。通过结构分析我们发现此类催化剂的活性中心Cu金属活性位点。
这项发明主要是合成(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂,已经将其应用于氧气法合成CBS的催化氧化中。这类催化剂可以在较温和的反应条件下实现氧气法合成CBS,产率高达90%,反应完之后催化剂可以过滤,实现循环利用。该类催化剂的制备方法具备反应过程简单,可回收的特点。
本发明提供非均相催化剂具有以下特点:
1. 催化剂具有Cu性中心位点,能有对分子氧条件下合成CBS起到催化作用;
2. 催化剂便于容易分离,经处理后可以多次使用,并且仍能保持良好的催化活性,有利于工业化生产。
附图说明
图1. (TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂的扫描电镜;
图2. (TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂的RXRD表征;
图3. (TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂的maping图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图详细说明本发明的技术方案,但保护范围不被此限制。
实施例1:化合物(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂的制备:在一个250 mL洁净的烧杯中依次加入海藻酸钠(1g),水 (80 g),强烈搅拌30min,然后加入(TBA)4PW11Cu(H2O)O39(0.5g)的乙腈溶液(3g),强烈搅拌60 min,得到的溶液填充到一个套管模具中,中间的模板管外径为6 mm。在液氮中冷冻后,得到与模具形状相同的固体,再剥离中间的模板管。将剥离模板管后的材料进行冻干冷冻的时间为48h,就得到了孔直径约为6.5 mm的(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂,然后用乙腈洗涤,过滤,干燥,产率约64%。
实施例2:化合物(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂的制备:在一个250 mL洁净的烧杯中依次加入海藻酸钠(2g),水 (80 g),强烈搅拌30min,然后加入(TBA)4PW11Cu(H2O)O39(0.5g)的乙腈溶液(4g),强烈搅拌60 min,得到的溶液填充到一个套管模具中,中间的模板管外径为6 mm。在液氮中冷冻后,得到与模具形状相同的固体,再剥离中间的模板管。将剥离模板管后的材料进行冻干冷冻的时间为48h,就得到了孔直径约为6.5 mm的(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂,然后用乙腈洗涤,过滤,干燥,产率约67%。
实施例3:化合物(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂的制备:在一个250 mL洁净的烧杯中依次加入海藻酸钠(3g),水 (90 g),强烈搅拌30min,然后加入(TBA)4PW11Cu(H2O)O39(1g)的乙腈溶液(5g),强烈搅拌60 min,得到的溶液填充到一个套管模具中,中间的模板管外径为6 mm。在液氮中冷冻后,得到与模具形状相同的固体,再剥离中间的模板管。将剥离模板管后的材料进行冻干冷冻的时间为72h,就得到了孔直径约为6.5 mm的(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂,然后用乙腈洗涤,过滤,干燥,产率约87%。
实施例4:化合物(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂的制备:在一个250 mL洁净的烧杯中依次加入海藻酸钠(2g),水 (120 g),强烈搅拌30min,然后加入(TBA)4PW11Cu(H2O)O39(0.5g)的乙腈溶液(6g),强烈搅拌60 min,得到的溶液填充到一个套管模具中,中间的模板管外径为6 mm。在液氮中冷冻后,得到与模具形状相同的固体,再剥离中间的模板管。将剥离模板管后的材料进行冻干冷冻的时间为48h,就得到了孔直径约为6.5 mm的(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂,然后用乙腈洗涤,过滤,干燥,产率约73%。
实施例5:化合物(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂的制备:在一个250 mL洁净的烧杯中依次加入海藻酸钠(1.5g),水 (100 g),强烈搅拌30min,然后加入(TBA)4PW11Cu(H2O)O39(1g)的乙腈溶液(4g),强烈搅拌60 min,得到的溶液填充到一个套管模具中,中间的模板管外径为6 mm。在液氮中冷冻后,得到与模具形状相同的固体,再剥离中间的模板管。将剥离模板管后的材料进行冻干冷冻的时间为64h,就得到了孔直径约为6.5 mm的(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂,然后用乙腈洗涤,过滤,干燥,产率约76%。
实施例6:化合物(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂的制备:在一个250 mL洁净的烧杯中依次加入海藻酸钠(2g),水 (80 g),强烈搅拌30min,然后加入(TBA)4PW11Cu(H2O)O39(2g)的乙腈溶液(4g),强烈搅拌80 min,得到的溶液填充到一个套管模具中,中间的模板管外径为6 mm。在液氮中冷冻后,得到与模具形状相同的固体,再剥离中间的模板管。将剥离模板管后的材料进行冻干冷冻的时间为72h,就得到了孔直径约为6.5 mm的(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂,然后用乙腈洗涤,过滤,干燥,产率约81%。
试验例:氧气法合成CBS的催化氧化应用:取1mmol2-巯基苯并噻唑和2mmol的环己胺溶于5mL溶剂中,并加入实施例1-6所得催化剂50~80mg,加入4~6atm的氧气 加热搅拌并维持温度在40~60摄氏度,反应4-6h后,冷却,将催化剂过滤,CBS慢慢从溶液中析出,称量,产率为78~90%。
所用溶剂为乙腈、乙醇等。
Claims (8)
1.一种氧气法合成N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺的催化剂制备方法,其特征在于:步骤为:
在洁净的烧杯中依次加入海藻酸钠,水,强烈搅拌,得到海藻酸钠溶液;将(TBA)4PW11Cu(H2O)O39溶解在一定量的乙腈中,然后加入到海藻酸钠的水溶液中;强烈搅拌均匀一定时间,得到的溶液填充到一个套管模具中,中间的模板管外径为6mm;在液氮中冷冻一段时间后,得到与模具形状相同的固体,再剥离中间的模板管;将剥离模板管后的材料进行冻干冷冻一段时间,就得到了孔直径为6 mm的(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:(TBA)4PW11Cu(H2O)O39:乙腈:海藻酸钠:H2O质量之比为0.5~2:3~6:1~5: 80~150。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:(TBA)4PW11Cu(H2O)O39:乙腈:海藻酸钠:H2O质量之比为1.2 :4:3 :120。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:强烈搅拌均匀一定时间为60~120min。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:强烈搅拌均匀时间为100min。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:冻干冷冻的时间为48h~96h。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:冻干冷冻的时间为64h。
8.一种按照权利要求1-7任一所述制备方法获得的(TBA)4PW11Cu(H2O)O39泡沫催化剂在氧气法合成N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺反应中的应用。
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