CN113121473A - 一种金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2‑环氧丙烷的方法,所述方法包括如下步骤:将丙烯、异丙苯和金属催化剂加入到有机溶剂中,通入0.2~4MPa的氧气,在65~140℃条件下反应1~24h。本发明将原料异丙苯、丙烯、氧气以及催化剂混合,通过“一锅法”实现1,2‑环氧丙烷的生产,制备过程绿色环保,原料简单,可操作性强,适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及工业催化和石油化工领域,更具体地,涉及一种金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法。
背景技术
环氧丙烷是一种重要的化工原料,在全球范围内的需求增速迅猛,也源于市场对其下游产品如聚氨酯、丙二醇的迫切需求。环氧丙烷作为丙烯仅次于聚丙烯、聚丙烯腈的第三大衍生物,在生产诸多精细化学品上有较高的工业价值。
目前工业上生产环氧丙烷的工艺,除了传统的氯醇法、共氧化法外,还有过氧化氢异丙苯法和过氧化氢直接氧化法。中国发明专利CN104650008A公开了一种由氧、氢直接氧化丙烯制备环氧丙烷的工艺,该工艺将丙烯、循环丙烯、高沸点有机硫化物加入到甲醇和水合肼的混合溶剂中,通入氧气和氢气,在金属催化剂和钛硅酸盐分子筛存在的反应器中进行环氧化反应,得到环氧丙烷。该方法解决了使用过氧化氢所带来的污染和对人体的损害的问题,但该方法存在工艺用料复杂的问题。
发明内容
本发明目的是克服上述现有工艺原料复杂的问题,提供一种金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
一种金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法,包括如下步骤:
将丙烯、异丙苯和金属催化剂加入到有机溶剂中,通入0.2~4MPa的氧气,在65~140℃条件下反应1~24h。
在本发明中,异丙苯在一定温度、压力和催化剂作用下活化氧气得到过氧化氢异丙苯,过氧化氢异丙苯与溶液中的丙烯发生环氧化反应得到环氧丙烷。
优选地,所述金属催化剂选自乙酰丙酮金属盐、环烷酸钴、一氧化钒、中性三氧化铝、三苯基膦氯化钴、四氧化三钴、一氧化钴、一氧化镍和三苯基膦氯化钌中的一种或多种。
优选地,所述丙烯与异丙苯的摩尔比为1:(0.2~1)。
优选地,所述丙烯与金属催化剂的摩尔比为1:(0.001~0.05)。
在本发明中,有机溶剂选择本领域常规溶剂即可。优选地,所述有机溶剂为乙腈、乙酸乙酯或苯甲腈中的一种或多种。
优选地,所述氧气的通入量为0.2~2MPa。
优选地,所述反应温度为100~140℃。更优选为120~140℃。
优选地,所述反应时间为6~12h。
在本发明中,乙酰丙酮金属盐采用本领域常规乙酰丙酮金属盐即可。优选地,乙酰丙酮金属盐选自乙酰丙酮金属盐选自乙酰丙酮钒、氧化乙酰丙酮钒、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钼、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮锰、乙酰丙酮锌中的一种或多种。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明以异丙苯和丙烯作为原料,以氧气作为氧源,在金属催化剂的作用下,无需分段反应,通过“一锅法”即实现了1,2-环氧丙烷的制备,所述制备过程绿色环保,原料简单。反应过程中原位生成、消耗过氧化物,使得反应体系中异丙苯过氧化物的浓度维持在一个相对较低的程度,危险性大大降低,同时提高反应效率,具有良好的工业应用前景。
具体实施方式
为了更清楚、完整的描述本发明的技术方案,以下通过具体实施例进一步详细说明本发明,应当理解,此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明,并不用于限定本发明,可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。
实施例1
一种金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法,包括如下步骤:
将四氧化三钴(9.6mg,1.6mmol%)、联苯(内标物,50mg)、异丙苯(1.5mL,32.5mmol%)以及乙腈(20mL)加入100mL高压反应釜中,封釜,通入丙烯(1.01g,24mmol),搅拌均匀,通入氧气1MPa,120℃下油浴加热12h。反应结束后,骤冷高压反应釜,置于冷阱中降温至-10℃,开釜取样,将样品通过气相色谱检测,经计算得到环氧丙烷的转化率为11.4%,选择性为81.4%。
实施例2
本实施例为本发明的第二实施例,与实施例1不同的是,本实施例采用一氧化钴作为催化剂。本实施例中环氧丙烷的转化率为9.9%,选择性为82.3%。
实施例3
本实施例为本发明的第三实施例,与实施例1不同的是,本实施例采用一氧化镍作为催化剂。本实施例中环氧丙烷的转化率为10.1%,选择性为84.9%。
实施例4
本实施例为本发明的第四实施例,与实施例1不同的是,本实施例采用三苯基膦氯化钌作为催化剂。本实施例中环氧丙烷的转化率为12.8%,选择性为80.5%。
实施例5
本实施例为本发明的第五实施例,与实施例1不同的是,本实施例采用乙酰丙酮钒作为催化剂。本实施例中环氧丙烷的转化率为10.8%,选择性为80.1%。
实施例6
本实施例为本发明的第六实施例,与实施例1不同的是,本实施例中丙烯与异丙苯的摩尔比为1:0.2。本实施例中环氧丙烷的转化率为3.0%,选择性为87.6%。
实施例7
本实施例为本发明的第七实施例,与实施例1不同的是,本实施例中丙烯与异丙苯的摩尔比为1:1。本实施例中环氧丙烷的转化率为8.8%,选择性为76.4%。
实施例8
本实施例为本发明的第八实施例,与实施例1不同的是,本实施例中丙烯与金属催化剂的摩尔比为1:0.001。本实施例中环氧丙烷的转化率为7.5%,选择性为81.2%。
实施例9
本实施例为本发明的第九实施例,与实施例1不同的是,本实施例中丙烯与金属催化剂的摩尔比为1:0.05。本实施例中环氧丙烷的转化率为4.62%,选择性为78.6%。
实施例10
本实施例为本发明的第十实施例,与实施例1不同的是,本实施例中反应温度为65℃,时间为12h。本实施例中环氧丙烷的转化率为1.64%,选择性为81.7%。
实施例11
本实施例为本发明的第十一实施例,与实施例1不同的是,本实施例中反应温度为140℃,时间为6h。本实施例中环氧丙烷的转化率为5.9%,选择性为81%。
实施例12
本实施例为本发明的第十二实施例,与实施例1不同的是,本实施例通入0.2MPa的氧气。本实施例中环氧丙烷的转化率为3.59%,选择性为56.8%。
实施例13
本实施例为本发明的第十三实施例,与实施例1不同的是,本实施例通入4MPa。本实施例中环氧丙烷的转化率为3.39%,选择性为61.8%。
实施例14
本实施例为本发明的第十四实施例,与实施例1不同的是,本实施例通入2MPa。本实施例中环氧丙烷的转化率为8.12%,选择性为79.35%。
对比例1
本对比例为本发明的第一对比例,本对比例所述方法为:
将丙烯、循环丙烯、高沸点有机硫化物加入到甲醇和水合肼的混合溶剂中,混合后,通入氢气和氧气,在金属催化剂和钛硅酸盐分子筛存在的反应器中进行环氧化反应,得到环氧丙烷,。本对比例所述方法原料较为复杂,且需负载型催化剂。
对比例2
本对比例为本发明的第二对比例,本对比例所述方法为:
以过氧化氢异丙苯和丙烯为原料,在过氧化氢异丙苯与丙烯摩尔比为1:1~1:10,反应温度为50~100℃,反应压力为1~5MPa,过氧化氢异丙苯质量空速为1~30h条件下,原料与催化剂接触,得到环氧丙烷;所述催化剂为以有机硅源、无机硅源、钛源、有机模板剂为原料,制备得到的HMS结构钛硅分子筛。本对比例所述方法使用HMS结构钛硅分子筛作为催化剂,该催化剂制备过程较复杂。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
将丙烯、异丙苯和金属催化剂加入到有机溶剂中,通入0.2~4MPa的氧气,在65~140℃条件下反应1~24h。
2.如权利要求1所述金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法,其特征在于,所述金属催化剂选自乙酰丙酮金属盐、环烷酸钴、一氧化钒、中性三氧化铝、三苯基膦氯化钴、四氧化三钴、一氧化钴、一氧化镍和三苯基膦氯化钌中的一种或多种。
3.如权利要求1所述金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法,其特征在于,所述丙烯与异丙苯的摩尔比为1:(0.2~1)。
4.如权利要求1所述金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法,其特征在于,所述丙烯与金属催化剂的摩尔比为1:(0.001~0.05)。
5.如权利要求1所述金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法,其特征在于,所述有机溶剂为乙腈、乙酸乙酯或苯甲腈中的一种或多种。
6.如权利要求1所述金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法,其特征在于,所述氧气的通入量为0.2~2MPa。
7.如权利要求1所述金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法,其特征在于,所述反应温度为100~140℃。
8.如权利要求7所述金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法,其特征在于,所述反应温度为120~140℃。
9.如权利要求1所述金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法,其特征在于,所述反应时间为6~12h。
10.如权利要求2所述金属催化丙烯/异丙苯共氧化制备1,2-环氧丙烷的方法,其特征在于,所述乙酰丙酮金属盐选自乙酰丙酮钒、氧化乙酰丙酮钒、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钼、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮锰、乙酰丙酮锌中的一种或多种。
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