CN110627641A - 一种基于负载型硫酸氢钠催化剂的乳酸异戊酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于负载型硫酸氢钠催化剂的乳酸异戊酯的制备方法。该方法以乳酸与异戊醇为原料，以硅胶负载硫酸氢钠为催化剂，通过酯化反应制备乳酸异戊酯，并通过控制反应工艺条件，在较低成本下获得了高收率的乳酸异戊酯。本发明所述的方法具有工艺简单，酯化反应快，反应条件温和，催化剂耐高温等优点。
Description
技术领域
本发明涉及化工产品制备技术领域，尤其涉及一种基于负载型硫酸氢钠催化剂的乳酸异戊酯的制备方法。
背景技术
乳酸异戊酯作为一种溶解能力优异、无毒且易处理的高沸点溶剂，在合成香料、树脂、油漆、黏接剂等方面应用广泛；另外，相比于常见的乳酸提纯方法，通过水解乳酸异戊酯得到的乳酸纯度更高，更适宜去制备绿色环保、可生物降解的新型环保材料聚乳酸。
目前工业上乳酸酯的合成以硫酸或者离子交换树脂为催化剂。但硫酸易使乳酸炭化、氧化分解，影响产品精制和原料回收，且对设备腐蚀严重，三废处理困难，增加固定投资和生产成本。离子交换树脂不耐高温，使酯化反应的温度有一定限制。为解决现有技术的不足，本发明采用简单工艺，将硫酸氢钠负载到硅胶颗粒上作为非均相催化剂，使乳酸和异戊醇在此催化剂催化作用下进行酯化反应，并通过控制反应工艺条件来提高反应产物的收率和纯度。
发明内容
本发明的目的是以硅胶负载硫酸氢钠为催化剂催化合成乳酸异戊酯，并通过控制反应工艺条件，在较低成本下获得高收率高纯度的乳酸异戊酯。主要包括如下步骤：
（1）将粒径为100-200 µm的硅胶颗粒在室温下用10%的盐酸溶液浸泡3-5 h，然后过滤并在120 ℃下干燥12 h，之后在350 ℃的马弗炉中煅烧3 h；（2）将步骤（1）得到的硅胶颗粒在不同浓度的硫酸氢钠水溶液中浸泡一定时间后过滤干燥，得到硅胶负载型硫酸氢钠催化剂；（3）将步骤（2）得到的催化剂以及异戊醇和乳酸按照一定比例加入到250 ml三口烧瓶中进行酯化反应，反应温度为95-120 ℃，反应时间为3-5 h，反应生成的水与异戊醇以共沸物的形式经分馏柱离开反应体系；（4）将步骤（3）的产物冷却过滤，回收催化剂后得目的产物；
所述硫酸氢钠水溶液浓度为0.05-0.2 g/mL。
所述步骤（2）的浸泡时间为8-12 h。
所述步骤（3）中异戊醇与乳酸的摩尔比为1.5-3:1。
所述步骤（3）中催化剂与反应物的质量比为1-5:100。
与现有技术相比，本发明的创新点在于：采用负载型催化剂，将硫酸氢钠负载到硅胶上，催化剂易于分离，可在较高温度下操作，工艺简单，可通过控制工艺条件提高乳酸异戊酯收率。
具体实施方式
实施例1
将粒径100-200 µm的硅胶颗粒（5.0 g）在室温下用10%的盐酸浸泡4 h，过滤后在120℃下干燥12 h，之后在350 ℃的马弗炉中煅烧3 h，然后将其放到50 ml的0.05 g/ml的硫酸氢钠水溶液中浸泡12 h， 得到硅胶负载型硫酸氢钠催化剂。
将乳酸（20.8 g）、异戊醇（41.5 g）与硅胶负载型硫酸氢钠催化剂（3.1 g）加入到250 ml三口烧瓶内，该三口烧瓶带有搅拌、测温系统、精馏柱及回流冷凝器，通过油浴加热控制反应体系温度为110 ℃，反应生成的水与异戊醇以共沸物的形式经分馏柱离开反应体系，反应时间为4 h，反应结束后，将烧瓶内的产物进行冷却过滤回收催化剂，滤液组成由气相色谱分析，可得乳酸异戊酯收率为82.1%。
实施例2
将粒径100-200 µm的硅胶颗粒（5.0 g）在室温下用10%的盐酸浸泡5 h，过滤后在120℃下干燥12 h，之后在350 ℃的马弗炉中煅烧3 h，然后将其放到50 ml的0.10 g/ml的硫酸氢钠水溶液中浸泡8 h， 得到硅胶负载型硫酸氢钠催化剂。
将乳酸（20.3 g）、异戊醇（30.2 g）与硅胶负载型硫酸氢钠催化剂（0.6 g）加入到250 ml三口烧瓶内，该三口烧瓶带有搅拌、测温系统、精馏柱及回流冷凝器，通过油浴加热控制反应体系温度为95 ℃，反应生成的水与异戊醇以共沸物的形式经分馏柱离开反应体系，反应时间为5 h，反应结束后，将烧瓶内的产物进行冷却过滤回收催化剂，滤液组成由气相色谱分析，可得乳酸异戊酯收率为81.7%。
实施例3
将粒径100-200 µm的硅胶颗粒（5.0 g）在室温下用10%的盐酸浸泡3 h，过滤后在120℃下干燥12 h，之后在350 ℃的马弗炉中煅烧3 h，然后将其放到50 ml的0.15 g/ml的硫酸氢钠水溶液中浸泡10 h，得到硅胶负载型硫酸氢钠催化剂。
将乳酸（20.5 g）、异戊醇（50.3 g）与硅胶负载型硫酸氢钠催化剂（1.5 g）加入到250 ml三口烧瓶内，该三口烧瓶带有搅拌、测温系统、精馏柱及回流冷凝器，通过油浴加热控制反应体系温度为105 ℃，反应生成的水与异戊醇以共沸物的形式经分馏柱离开反应体系，反应时间为4 h，反应结束后，将烧瓶内的产物进行冷却过滤回收催化剂，滤液组成由气相色谱分析，可得乳酸异戊酯收率为85.6%。
实施例4
将粒径100-200 µm的硅胶颗粒（5.0 g）在室温下用10%的盐酸浸泡5 h，过滤后在120℃下干燥12 h，之后在350 ℃的马弗炉中煅烧3 h，然后将其放到50 ml的0.20 g/ml的硫酸氢钠水溶液中浸泡11 h，得到硅胶负载型硫酸氢钠催化剂。
将乳酸（20.1 g）、异戊醇（58.5 g）与硅胶负载型硫酸氢钠催化剂（2.6 g）加入到250 ml三口烧瓶内，该三口烧瓶带有搅拌、测温系统、精馏柱及回流冷凝器，通过油浴加热控制反应体系温度为120 ℃，反应生成的水与异戊醇以共沸物的形式经分馏柱离开反应体系，反应时间为3 h，反应结束后，将烧瓶内的产物进行冷却过滤回收催化剂，滤液组成由气相色谱分析，可得乳酸异戊酯收率为88.2%。
Claims (4)
1.一种基于负载型硫酸氢钠催化剂的乳酸异戊酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将粒径为100-200 µm的硅胶颗粒在室温下用10%的盐酸溶液浸泡3-5 h，然后过滤并在120 ℃下干燥12 h，之后在350 ℃的马弗炉中煅烧3 h；
（2）将步骤（1）得到的硅胶颗粒在硫酸氢钠水溶液中浸泡一定时间后过滤干燥，得到硅胶负载型硫酸氢钠催化剂；
（3）将步骤（2）得到的催化剂以及异戊醇和乳酸按照一定比例加入到250 ml三口烧瓶中进行酯化反应，反应温度为95-120 ℃，反应时间为3-5 h，反应生成的水与异戊醇以共沸物的形式经分馏柱离开反应体系；
（4）将步骤（3）的产物冷却过滤，回收催化剂后得到目的产物；
所述硫酸氢钠水溶液浓度为0.05-0.2 g/mL。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）的浸泡时间为8-12 h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中异戊醇与乳酸的摩尔比为1.5-3:1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中催化剂与反应物的质量比为1-5:100。
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