CN110935486B - 一种用于制备2-烷基蒽醌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制备2‑烷基蒽醌的催化剂及其制备方法。催化剂包括银、TS‑1、SO4 2‑、锆和耐熔无机氧化物，以催化剂的重量为基准，TS‑1含量为5%~40%，银含量为0.1%~10%，锆以氧化锆计含量为1%~20%，优选为2%~10%，SO4 2‑含量为0.5%~20%，耐熔氧化物含量为10%~93%。催化剂制备方法如下：（1）将含银化合物负载到TS‑1上，经干燥和焙烧得到银改性TS‑1；（2）将含硫酸根化合物和含锆无机化合物负载到耐熔无机氧化物上，干燥；（3）将锆和硫酸根改性的耐熔无机氧化物充分混合，经成型，干燥和焙烧，得到催化剂。本发明催化剂在适当的条件下可以同时完成上述的两种反应，具有工艺简单、催化效率高、环境友好、条件温和以及产品生产成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉一种合成2-烷基蒽醌的催化剂及其制备方法。
背景技术
烷基蒽醌是重要的精细化工原料，以C1~C5的烷基衍生物较为重要，其中2-烷基蒽醌最具有实用性，主要用于过氧化氢合成催化剂，另外也作为染料中间体、降解树脂的光敏剂、医药和农药中间体等。随着全球过氧化氢和合成树脂等工业的快速发展，对2-烷基蒽醌尤其是高质量的2-烷基蒽醌需求迅速增加，使2-烷基蒽醌成为颇具发展潜力的系列精细化学。
2-烷基蒽醌是系列精细化工产品，主要品种2-甲基蒽醌、2-乙基蒽醌、2-戊基蒽醌、2-叔戊基蒽醌和2-叔丁基蒽醌等。通常2-烷基蒽醌为淡黄色的固体，熔点低于蒽醌，溶于苯，可由乙醇或醋酸重结晶。2-烷基蒽醌主要用于蒽醌法制备过氧化氢的载体，也可以用作降解树脂、光敏聚合材料或燃料的中间体。随着全球过氧化氢和合成树脂等工业的快速发展，2-烷基蒽醌和蒽醌的产量已经不能满足日益增长的需要。
目前2-烷基蒽醌生产一般都是用传统的工艺Friedel-Crafts(付-克)法，该工艺只要分为三个步骤，首先是烷基苯的合成，然后在氯化铝作用下，经过酰化合成2-（4-烷基苯甲酰基）苯甲酸，最后在发烟硫酸或浓硫酸存在下，经过脱水闭环过程合成2-烷基蒽醌。这种传统的工艺过程消耗大量的氯化铝和浓硫酸、工艺反应过程复杂、环境污染严重、对设备腐蚀严重、蒽醌生产成本高，已经不适合目前绿色化工生产的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于制备2-烷基蒽醌的催化剂及其制备方法，以及该催化剂在制备2-烷基蒽醌中的应用。
本发明催化剂是一种多功能催化剂，在适当的条件下可以同时完成上述的两种反应，具有工艺简单、催化效率高、环境友好、条件温和和产品生产成本低等特点。
本发明的用于制备2-烷基蒽醌的催化剂，包括银、TS-1、SO4 2-、锆和耐熔无机氧化物，以催化剂的重量为基准，TS-1含量为5%~40%，优选为10%~30%，银含量为0.1%~10%，优选为0.5%~5%，锆以氧化锆计含量为1%~20%，优选为2%~10%，硫酸根含量为0.5%~20%，优选为1%~10%，耐熔氧化物含量为10%~93%。
本发明的用于制备2-烷基蒽醌的催化剂的制备方法，包括如下内容：
（1）将含银化合物负载到TS-1上，经干燥和焙烧得到银改性TS-1；
（2）将含硫酸根化合物和含锆无机化合物负载到耐熔无机氧化物上，经干燥，得到锆和硫酸根改性的耐熔无机氧化物；
（3）将步骤（1）得到的银改性TS-1和步骤（2）得到的锆和硫酸根改性的耐熔无机氧化物充分混合，经成型，干燥和焙烧，得到用于制备2-烷基蒽醌的催化剂。
本发明方法中，步骤（1）所述的含银化合物可以是有机物或者无机物，优选为可溶性无机含银化合物，更优选为硝酸银。
本发明方法中，步骤（1）所述TS-1的比表面积为350~450m2/g，孔容为1.1~1.2ml/g，SiO2与TiO2的重量比为1:10~1:5。
本发明方法中，步骤（2）所述的耐熔无机氧化物为氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化硼、氧化镁、高岭土和粘土中的一种或多种，优选为选自氧化铝、氧化钛、氧化硅中的一种或多种，更优选为氧化铝。
本发明方法中，步骤（2）所述的含硫酸根化合物为可溶性硫酸盐，优选为硫酸铵或硫酸，更优选为硫酸铵；所述的含锆化合物为氯化氧锆、硝酸锆和硫酸氧锆中的一种或多种，更优选为硫酸氧锆。
本发明方法中，步骤（1）和（2）所述的负载方式可以为本领域熟知的方式，如混捏、浸渍和喷涂等，优选为过饱和浸渍。
本发明方法中，所述的干燥温度为室温~300℃，干燥时间为0.1~100小时，所述的焙烧条件温度为400~800℃，焙烧时间为0.1 ~48小时。
本发明的合成2-烷基蒽醌的催化剂在合成2-烷基蒽醌反应中的应用。
上述合成2-烷基蒽醌反应可以为蒽、醇类和有机过氧化物一步转化为2-烷基蒽醌的过程，或蒽与烷基化试剂反应生成2-烷基蒽，2-烷基蒽再经氧化得到2-烷基蒽醌的二步反应过程，优选应用于一步转化2-烷基蒽醌的过程。
所述的一步转化2-烷基蒽醌的过程中，所述醇类为含有1~8个碳的一元醇，优选为含有2~5个碳的一元醇；所述有机过氧化物为烷基过氧化氢（ROOH）或二烷基过氧化物(ROOR) ，优选为烷基过氧化氢（ROOH）。
所述反应可以采用固定床反应工艺。反应条件为：反应温度50~150℃，优选为80~120℃，压力0.1~10MPa，优选为0.2~2.0MPa，体积空速0.1~10h-1，优选为0.5~3.0h-1，气剂体积比50~1000：1，优选为100~500：1；所述的反应体系的气体介质为惰性气体，例如氩气、氖气、氮气等中的一种或多种，优选为氮气。本发明催化剂同样适合于非固定床反应体系，例如沸腾床工艺、桨态床工艺及流化床工艺等。
采用本发明催化剂及一步法将蒽、醇类和有机过氧化物转化为2-烷基蒽醌工艺，无三废排放，催化剂可以再生利用，无设备腐蚀，实现绿色化工过程，并且蒽的转化率达到92.5%以上，2-烷基蒽醌的选择性达到90.2%以上，能够实现工业连续生产，大大提高产品的生产效率，降低产品的生产成本。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明催化剂，但不应认为本发明仅局限于以下的实施例中。
本发明催化剂是采用10ml固定床反应器进行评价，催化剂破碎成10~20目的颗粒，催化剂装填量为10ml，蒽常温下是固体，在进料前先溶于四氢呋喃中，然后再将计算量的醇类和有机过氧化物进行混合作为反应的进料（蒽与四氢呋喃的重量比为1:10），将系统的反应条件调整到设计的评价条件，开始进原料，各实施例所使用催化剂组成件表1，评价条件见表2。反应稳定4小时后，取一定量的产物蒸馏出溶剂，固体产物溶解到1,4-二氧六环溶剂中，用安捷伦1100型高压液相色谱对产物组成进行分析，色谱柱为ZORBAX SB-C18，多波长紫外检测器进行检测，计算出蒽的转化率（转化的蒽醌的摩尔数与总蒽醌摩尔数之比）和2-烷基蒽醌的选择性（2-烷基蒽醌摩尔数与转化的蒽醌的摩尔数之比），结果见表3。
实施例1
本发明催化剂的一种制备方法制备步骤如下：
（1）取8克硝酸银溶于100克水中形成的硝酸银溶液与30克TS-1分子筛 （比表面积为418m2/g，孔容为1.13ml/g，SiO2与TiO2的重量比为1:8）充分混合，然后在120℃条件下干燥8小时，580℃条件下焙烧4小时，得到银改性TS-1分子筛。
（2）将27.5克Zr(NO3)4·5H2O、13.7克硫酸铵、150克水与62.5克氢氧化铝（干基72%）充分混合，100℃干燥24小时，得到锆和硫酸根改性的氢氧化铝。
（3）将步骤（1）得到的银改性TS-1分子筛和步骤（2）得到的锆和硫酸根改性的氢氧化铝充分混合，压片成型，110℃干燥12小时，550℃条件下焙烧6小时，得到用于制备2-烷基蒽醌的催化剂，催化剂各组分的质量百分比为：30%的TS-1，5%的银，10%的硫酸根，10%的氧化锆和45%的氧化铝，编号为E-1。
所得催化剂进行催化活性评价，采用10ml固定床反应器进行评价，催化剂装填量为10ml，在进料前先将蒽溶于四氢呋喃中（蒽与四氢呋喃的重量比为1:10），然后再将计算量的乙醇（与蒽等摩尔）和叔丁基过氧化氢（与蒽等摩尔）进行混合作为反应的进料，评价条件为：气体为氮气，温度为85℃，压力为0.2MPa，体积空速为0.5 h-1，气剂体积比为200：1，
实施例2~8
各实施例催化剂的制备方法同实施例1，不同之处在于催化剂组成、评价条件和评价结果不同，具体的催化剂组成见表1，评价条件见表2，评价结果见表3。
表1 各实施例催化剂的组成（未注明含量均为重量百分比含量）
表2 各催化剂的评价条件
表3 各催化剂的评价结果
注：E-1~E-2蒽:乙醇：叔丁基过氧化氢=1:1:1；E-3~E-4蒽:异丙醇：戊基过氧化氢=1:1.1:1.5；E-5~E-6蒽:叔丁醇：二叔丁基过氧化物=1:1.5:1.2；E-7~E-8蒽:叔戊醇：二叔戊基过氧化物=1:1.2:1.2。
从表3的结果可以看出，本发明催化剂用于一步法将蒽、醇类和有机过氧化物转化为2-烷基蒽醌的过程。蒽的转化率达到92.5%以上，2-烷基蒽醌的选择性达到90.2%以上，表现出优异的结果，并且所用催化剂是可以重复再生，不存在环境污染问题，生产效率大幅度提高，产品成本显著下降，这些特点都是现有的老工艺所无法比拟的优点。
Claims (10)
1.一种用于制备2-烷基蒽醌的催化剂，其特征在于：包括银、TS-1、SO4 2-、锆和耐熔无机氧化物，以催化剂的重量为基准，TS-1含量为5%~40%，银含量为0.1%~10%，锆以氧化锆计含量为1%~20%，SO4 2-含量为0.5%~20%，耐熔无机氧化物含量为10%~93%；所述的耐熔无机氧化物为氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化硼、氧化镁中的一种或多种；其中制备2-烷基蒽醌反应为蒽、醇类和有机过氧化物一步转化为2-烷基蒽醌的过程，或蒽与烷基化试剂反应生成2-烷基蒽，2-烷基蒽再经氧化得到2-烷基蒽醌的二步反应过程。
2.一种权利要求1所述的用于制备2-烷基蒽醌的催化剂的制备方法，其特征在于包括如下内容：（1）将含银化合物负载到TS-1上，经干燥和焙烧得到银改性TS-1；（2）将含硫酸根化合物和含锆无机化合物负载到耐熔无机氧化物上，经干燥，得到锆和硫酸根改性的耐熔无机氧化物；（3）将步骤（1）得到的银改性TS-1和步骤（2）得到的锆和硫酸根改性的耐熔无机氧化物充分混合，经成型，干燥和焙烧，得到用于制备2-烷基蒽醌的催化剂。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的含银化合物为可溶性无机含银化合物。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述TS-1的比表面积为350~450m2/g，孔容为1.1~1.2mL/g，SiO2与TiO2的重量比为1:10~1:5。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的含硫酸根化合物为可溶性硫酸盐。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的含锆无机化合物为氯化氧锆、硝酸锆和硫酸氧锆中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（1）和（2）所述的负载方式为混捏、浸渍和喷涂。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的干燥温度为室温~300℃，干燥时间为0.1~100小时，所述的焙烧条件温度为400~800℃，焙烧时间为0.1 ~48小时。
9.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述的一步转化2-烷基蒽醌的过程中，所述醇类为含有1~8个碳的一元醇；所述有机过氧化物为烷基过氧化氢或二烷基过氧化物。
10.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：制备2-烷基蒽醌反应采用固定床反应工艺，反应条件为：反应温度50~150℃，压力0.1~10MPa，体积空速0.1~10h-1，气剂体积比50~1000：1；所述的反应体系的气体介质为惰性气体。
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