CN110479325A - 一种用于合成愈创木酚的催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于合成愈创木酚的催化剂的制备方法,包括:(1)将无机金属硝酸盐,含磷化合物和有机添加剂共溶于水或醇溶液中形成混合液,其中,磷与金属离子的摩尔比为(0.8‑2.0):1,有机添加剂和金属离子的摩尔比不超过2.0:1;(2)向(1)中的混合液中加入碱性沉淀剂,以发生沉淀反应得到沉淀物,所述碱性沉淀剂调节终点pH值为5.0‑10.0;(3)处理(2)中的沉淀物为固体粉末,并将所述固体粉末于300‑1000℃焙烧5‑7h,得到所述催化剂。本发明的催化剂使得愈创木酚的选择性93%以上,邻二甲氧基苯的选择性6%,其他副产物选择性低于1%,催化剂反应2000h,稳定性未见明显变化。
Description
技术领域
本发明涉及合成愈创木酚的精细化工领域,尤其涉及一种用于合成愈创木酚的催化剂及其制备方法。
背景技术
邻苯二酚单醚化,即邻羟基苯甲醚,又称愈创木酚,是香料、农业、医学、染料等行业中的精细化工中间体和化工原料,有着广泛的用途。在诸多应用中邻羟基苯甲醚最主要的用途是制备香兰素。香兰素因其独特的香味而成为香料界的宠儿,其需求量逐年增加成为紧俏的化工品。
邻羟基苯甲醚的化学合成方法有多种:重氮盐催化氧化法、液相催化合成法、相转移催化合成法和气固相催化合成法等。传统工艺制备邻羟基苯甲醚的过程中存在着后处理问题,由此带来过程繁琐、腐蚀严重、有剧毒、污染严重等问题。但是气固相催化合成法具有连续生产的优点的同时又污染小,减少了后处理的问题时典型的绿色工艺。
气固相催化合成法中采用最多的是以邻苯二酚和甲醇为原料合成邻羟基苯甲醚,该法所用原料不仅毒性小和腐蚀性小,且价格便宜,是最有发展前景的工艺路线。但是该工艺最重要的步骤是催化剂的选择,目前所研究的催化剂普遍存在活性低,愈创木酚选择性差,副产物种类多和稳定性差等缺点。
因此,本领域的技术人员致力于开发一种高选择性且稳定性好的酸碱催化剂及其制备工艺。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是如何提供一种稳定性好的催化剂,以解决目前气固相催化合成法工艺中的催化剂易失活易被积碳的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种用于合成愈创木酚的催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将无机金属硝酸盐、含磷化合物和有机添加剂共溶于水或醇溶液中形成混合液,其中,磷与金属离子的摩尔比为(0.8-2.0):1,有机添加剂和金属离子的摩尔比不超过2.0:1;
(2)向步骤(1)中的混合液中加入碱性沉淀剂,以发生沉淀反应得到沉淀物,碱性沉淀剂调节终点pH值为5.0-10.0;
(3)将步骤(2)中的沉淀物处理为固体粉末,并将固体粉末于300-1000℃焙烧5-7h,得到催化剂。
进一步的,有机添加剂为柠檬酸、葡萄糖、三聚氰胺、EDTA、乙二醇、聚乙二醇、正硅酸四乙酯、钛酸四丁酯中的一种或多种。
进一步的,无机金属硝酸盐为硝酸铝和选自硝酸钾、硝酸铯、硝酸镁、硝酸钙、硝酸锶、硝酸锆、硝酸铬、硝酸铁、硝酸锰、硝酸镍、硝酸锌、硝酸铝、硝酸镓、硝酸镧、硝酸铈和硝酸锆中的一种或多种组成的组。
进一步的,含磷化合物为磷酸、磷酸二甲酯、磷酸三甲酯、磷酸甲酯、偏磷酸、磷酸氨、磷酸氢二氨和磷酸二氢氨中的一种或多种。
进一步的,醇溶液为甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇中的一种或多种。
进一步的,沉淀剂为氨水、尿素、碳酸铵、碳酸氢铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钾、碳酸钙、碳酸氢钠中的一种或多种。
进一步的,步骤(2)中碱性沉淀剂调节终点pH值为5.0-7.5,步骤(3)中将固定粉末于400-800℃焙烧6h。
进一步的,步骤(1)中有机添加剂和金属离子的摩尔比为1.0-1.5:1、磷与金属离子的摩尔比为0.95-1.25:1。
进一步的,金属离子:磷:有机添加剂=1:1.1:1。
本发明还提供一种用于合成愈创木酚的催化剂,催化剂的结构式为:Al1PaXbOc,其中,X为K、Ce、Mg、Ca、Sr、Zr、Cr、Fe、Mn、Ni、Zn、Ga、La、Ce、Zr、Si和Ti的一种或多种,a=0.8-2,b=0-0.2,c=3.5-10。
技术效果
现有催化剂在邻苯二酚和甲醇气固相合成愈创木酚过程中,普遍存在副产物种类多,副产物中含碳数大而易产生脱附速度慢或产生积碳等原因而导致催化剂活性随着反应的进行而逐渐下降。但是,本发明在制备催化剂的方面,有机添加剂的加入可以提高反应中愈创木酚的选择性,抑制高碳副产物的产生,提高反应的稳定性。
本发明中邻苯二酚的转化率为50%以上,优选的,邻苯二酚的转化率为60%以上;愈创木酚的选择性为90%以上,优选的,愈创木酚的选择性为93%以上;其中,未反应的邻苯二酚可以被循环利用;另外,邻二甲氧基苯的选择性低于6%,其他副产物选择性低于1%。
本发明的催化剂在反应2000h后,其稳定性未见明显变化,并且愈创木酚的选择性能保持在90%以上,优选的,愈创木酚的选择性为93%以上。
催化剂制备成本低,反应稳定性长,副产物少,大大降低了愈创木酚的生产成本。
无机金属硝酸盐可以替换成有机金属盐类。当催化剂的合成系统中存在有机金属盐时,愈创木酚的选择性为95%以上,邻二甲氧基苯的选择性低于4%,其他副产物选择性低于1%。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的实施例五的催化剂的SEM表征图;
图2是本发明的实施例五的催化剂的XRD谱图;
图3是本发明的实施例五的催化剂活性稳定性结果图;
图4是本发明的实施例六的催化剂活性稳定性结果图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例,使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现,本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例一
步骤(1):将硝酸铝,硝酸镁,磷酸和柠檬酸共溶于去离子水中,按照摩尔比,Al:Mg:P:柠檬酸=0.98:0.02:1.1:1;
步骤(2):向步骤(1)中加入氨水进行沉淀反应以得到沉淀物,氨水调节终点pH值为5.5;
步骤(3):将沉淀物陈化24h后,蒸干得固体粉末,将固体粉末于500℃焙烧6h,得约5g的催化剂,将催化剂压片颗粒筛分选取20-40目的颗粒备用;
步骤(4):将邻苯二酚和甲醇按摩尔比为1:5的比例混合,取2g催化剂装入固定床反应器,280℃下醚化反应生成愈创木酚;
步骤(5):在固定床的末端收集产物和反应物混合的液体。
结果:通过气相色谱分析得到反应24h,邻苯二酚的转化率为62.8%,愈创木酚的选择性为92.3%,邻二甲氧基苯的选择性为6.9%,其他副产物选择性为0.8%。
实施例二
步骤(1):将硝酸铝,硝酸镧,磷酸铵,聚乙二醇和葡萄糖共溶于去离子水中,按照摩尔比,Al:La:P:聚乙二醇:葡萄糖=0.9:0.1:1.05:0.5:0.5;
步骤(2):向步骤(1)中加入氢氧化钠进行沉淀反应以得到沉淀物,用氢氧化钠调节终点pH值为10.0;
步骤(3):将步骤(2)中所得到的沉淀物放置在3℃的冰箱中陈化0~12h,优选12h,之后倒掉上面的水分,再在室内温度陈化12~24h后再蒸干得固体粉末,优选12h,并于500℃焙烧6h,得约5g催化剂,将催化剂压片颗粒筛分选取20-40目颗粒备用;
步骤(4):将邻苯二酚和甲醇按摩尔比为1:5的比例混合,取2g催化剂装入固定床反应器,280℃下醚化反应生成愈创木酚;
步骤(5):在固定床的末端收集产物和反应物混合的液体。
结果:通过气相色谱分析得到反应24h,邻苯二酚的转化率为50%,愈创木酚的选择性为93.7%,邻二甲氧基苯的选择性为7.0%,其他副产物选择性为0.3%。
实施例三
步骤(1):将硝酸铝,磷酸三甲酯和钛酸四丁酯共溶于乙醇中,按照摩尔比,Al:P:Ti=1:1.1:0.5;
步骤(2):向步骤(1)中加入尿素进行沉淀反应得到沉淀物,用尿素调节终点pH值为6.5;
步骤(3):将沉淀物陈化48h后,蒸干得固体粉末,将固体粉末于600℃焙烧6h,得约5g催化剂,将催化剂压片颗粒筛分选取20-40目颗粒备用;
步骤(4):将邻苯二酚和甲醇按摩尔比为1:5的比例混合,2g催化剂装入固定床反应器,270℃下醚化反应生成愈创木酚;
步骤(5):在固定床的末端收集产物和反应物混合的液体。
结果:通过气相色谱分析得到反应24h,邻苯二酚的转化率为58.8%,愈创木酚的选择性为90.3%,邻二甲氧基苯的选择性为8.1%,其他副产物选择性为1.6%。
实施例四
步骤(1):将硝酸铝、硝酸铁、硝酸锰,磷酸三甲酯和柠檬酸、葡萄糖、三聚氰胺、EDTA、乙二醇、聚乙二醇共溶于乙醇中,按照摩尔比,Al:Fe:Mn:P:柠檬酸:葡萄糖:三聚氰胺:EDTA:乙二醇:聚乙二醇=0.2:0.3:0.4:0.9:0.1:0.2:0.2:0.1:0.3:0.2;
步骤(2):向步骤(1)中加入碳酸铵进行沉淀反应得到沉淀物,用碳酸铵调节终点pH值为7.0;
步骤(3):将沉淀物陈化12h后,蒸干得固体粉末,将固体粉末于600℃焙烧6h,得约5g催化剂,将催化剂压片颗粒筛分选取20-40目颗粒备用;
步骤(4):将邻苯二酚和甲醇按摩尔比为1:5的比例混合,2g催化剂装入固定床反应器,270℃下醚化反应生成愈创木酚;
步骤(5):在固定床的末端收集产物和反应物混合的液体。
结果:通过气相色谱分析得到反应24h,邻苯二酚的转化率为78.8%,愈创木酚的选择性为96.3%,邻二甲氧基苯的选择性为9.3%,其他副产物选择性为0.23%。
实施例五
(1)按照实施例一中催化剂的制备方法,扩大50倍进行催化剂制备,即单次可获得250g,将催化剂压片颗粒筛分选取20-40目颗粒备用。所得催化剂的SEM图和XRD谱图如附图1和2所示。
(2)将邻苯二酚和甲醇按摩尔比为1:5的比例混合,2g催化剂装入固定床反应器,280℃下醚化反应生成愈创木酚。
(3)在固定床的末端收集产物和反应物混合的液体,通过气相色谱分析得到反应24h,邻苯二酚的转化率为65.5%,愈创木酚的选择性为93.0%。
(4)延长反应时间至2004h,邻苯二酚的转化率为64.1%,愈创木酚的选择性维持在92.7%左右,邻二甲氧基苯的选择性为6.5%左右,其他副产物选择性为0.8%左右。反应结果如附图3所示。
实施例六
(1)按照实施例二中催化剂的制备方法,扩大50倍进行催化剂制备,即单次可获得260g,将催化剂压片颗粒筛分选取20-40目颗粒备用。
(2)将邻苯二酚和甲醇按摩尔比为1:5的比例混合,取2g催化剂装入固定床反应器,280℃下醚化反应生成愈创木酚;
(3)在固定床的末端收集产物和反应物混合的液体,通过气相色谱分析得到反应24h,邻苯二酚的转化率为50%,愈创木酚的选择性为93.7%,邻二甲氧基苯的选择性为7.0%,其他副产物选择性为0.3%。
(4)将反应时间延长至1000h,邻苯二酚的转化率为52.1%,愈创木酚的选择性维持在93.8%,邻二甲氧基苯的选择性为4.9%,其他副产物的选择性为1.3%左右。反应结果如图4所示。
对照试验:
步骤(1)将硝酸铝和磷酸二甲酯共溶于去离子水中,按照摩尔比Al:P=1:1.1,
步骤(2)向步骤一种加入氨水进行沉淀反应得到沉淀物,用氨水调节终点pH值为6.5
步骤(3):将沉淀物经过滤洗涤后,蒸干得固体粉末,并于500℃焙烧6h,得约5g催化剂,将催化剂压片颗粒筛分选取20-40目颗粒备用;
步骤(4):将邻苯二酚和甲醇按摩尔比为1:5的比例混合,2g催化剂装入固定床反应器,270℃下醚化反应生成愈创木酚;
步骤(5):在固定床的末端收集产物和反应物混合的液体。
结果:通过气相色谱分析得到反应30h,延长反应时间至60h,邻苯二酚的转化率为22%,愈创木酚的选择性为91.5%,邻二甲氧基苯的选择性为1.6%,其他副产物选择性为16.6%。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明,但本发明不限于上述实施例,还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化,凡依据本发明技术方案下做的改变、修饰、替代、组合或简化,均应为等效的置换方式,只要符合本发明的发明目的,都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于合成愈创木酚的催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将无机金属硝酸盐、含磷化合物和有机添加剂共溶于水或醇溶液中形成混合液,其中,磷与金属离子的摩尔比为(0.8-2.0):1,有机添加剂和金属离子的摩尔比不超过2.0:1;
(2)向步骤(1)中的混合液中加入碱性沉淀剂,以发生沉淀反应得到沉淀物,所述碱性沉淀剂调节终点pH值为5.0-10.0;
(3)将步骤(2)中的沉淀物处理为固体粉末,并将所述固体粉末于300-1000℃焙烧5-7h,得到所述催化剂。
2.如权利要求1的制备方法,其中,所述有机添加剂为柠檬酸、葡萄糖、三聚氰胺、EDTA、乙二醇、聚乙二醇、正硅酸四乙酯、钛酸四丁酯中的一种或多种。
3.如权利要求2的制备方法,其中,所述无机金属硝酸盐为硝酸铝和选自硝酸钾、硝酸铯、硝酸镁、硝酸钙、硝酸锶、硝酸锆、硝酸铬、硝酸铁、硝酸锰、硝酸镍、硝酸锌、硝酸铝、硝酸镓、硝酸镧、硝酸铈和硝酸锆中的一种或多种组成的组。
4.如权利要求2的制备方法,其中,所述含磷化合物为磷酸、磷酸二甲酯、磷酸三甲酯、磷酸甲酯、偏磷酸、磷酸氨、磷酸氢二氨和磷酸二氢氨中的一种或多种。
5.如权利要求2的制备方法,其中,所述醇溶液为甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇中的一种或多种。
6.如权利要求2的制备方法,其中,所述碱性沉淀剂为氨水、尿素、碳酸铵、碳酸氢铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钾、碳酸钙、碳酸氢钠中的一种或多种。
7.如权利要求1-6任一一项所述的制备方法,其中,步骤(2)中碱性沉淀剂调节终点pH值为5.0-7.5,步骤(3)中将所述固定粉末于400-800℃焙烧6h。
8.如权利要求7所述的制备方法,其中,步骤(1)中有机添加剂和金属离子的摩尔比为1.0-1.5:1、磷与金属离子的摩尔比为0.95-1.25:1。
9.如权利要求8所述的制备方法,其中,按照摩尔比计算,金属离子:磷:有机添加剂=1:1.1:1。
10.一种用于合成愈创木酚的催化剂,其特征在于,所述催化剂的结构式为:Al1PaXbOc,其中,X为K、Ce、Mg、Ca、Sr、Zr、Cr、Fe、Mn、Ni、Zn、Ga、La、Ce、Zr、Si和Ti的一种或多种,a=0.8-2,b=0-0.2,c=3.5-10。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191122 |
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