CN114289075A - 一种钴锰溴催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种钴锰溴催化剂,包括钴盐、锰盐和含溴化合物,还包括钾盐和含钯化合物。所述催化剂中钴、锰、钾、钯的摩尔比为1:3‑5:1‑3:0.5‑0.8。所述催化剂中钴、锰的摩尔数之和与溴的摩尔比为1:0.5‑1。本申请采用低钴高锰式的配比,既经济又可使溴浓度降低,减轻设备的腐蚀;另外结合钾盐和含钯化合物,使反应加快第二个甲基的氧化,将对二甲苯液相连续一步氧化为对苯二甲酸,也避免了乙酸与对二甲苯的深度氧化。
Description
技术领域
本申请涉及催化剂领域,特别涉及一种钴锰溴催化剂及其制备方法。
背景技术
对苯二甲酸(PTA)是生产PET,PBT和PTT等聚酯产品的主要原料。随着我国聚酯工业的超高速发展,其需求量将持续增长。目前工业上生产PTA使用最多的方法是Amoco公司的两步法,即先将对二甲苯(PX)空气氧化,制得粗对苯二甲酸(CTA),然后再将CTA精制成PTA。在PX氧化工艺中,所使用的传统催化剂为Co/Mn/Br三元催化剂体系,但由于溴化合物对设备的腐蚀性大,环境问题突出,因此开发非溴催化体系成为热点。
对二甲苯高温氧化法的催化剂为乙酸锰和乙酸钴,由于对二甲苯第二个甲基受分子中羧基影响较难氧化,仅依靠主催化剂乙酸钴和乙酸锰,反应产物将主要是对甲基苯甲酸。因此,使用助催化剂溴化物可加快第二个甲基的氧化,将对二甲苯液相连续一步氧化为对苯二甲酸。对二甲苯生成对二甲酸的氧化反应途径如下:
发明内容
鉴以此,本申请提出一种钴锰溴催化剂及其制备方法,以解决对二甲苯第二个甲基的氧化问题。
本申请的技术方案是这样实现的:
一种钴锰溴催化剂,包括钴盐、锰盐和含溴化合物,还包括钾盐和含钯化合物。钾盐和含钯化合物协同作用于钴盐、锰盐,有助于对甲基苯甲酸的氧化,从而减少溴的含量。所述催化剂中钴、锰、钾、钯的摩尔比为1:3-5:1-3:0.5-0.8。
进一步的技术方案是,所述催化剂中钴、锰的摩尔数之和与溴的摩尔比为1:0.5-1。
进一步的技术方案是,所述钾盐包括乙酸钾、溴化钾中的至少一种,所述钯化合物包括乙酸钯、溴化钯、氧化钯、碳酸钯中的至少一种。
进一步的技术方案是,所述钴盐包括乙酸钴、溴化钴、氧化钴、碳酸钴中的至少一种,所述锰盐包括乙酸锰、溴化锰、氧化锰、碳酸锰中的至少一种。
进一步的技术方案是,所述含溴化合物为非氢溴酸化合物,包括溴水或有机溴化合物。
进一步的技术方案是,所述有机溴化合物包括乙酰溴、溴乙酰溴、溴乙酸中的至少一种。
一种上述钴锰溴催化剂的制备方法,将钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物加入乙酸溶液中混合后制成所述钴锰溴催化剂。
进一步的技术方案是,所述乙酸溶液的质量浓度为30%-75%之间,所述钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物的总重量与乙酸溶液的重量比为1:10-100。
所述钴锰溴催化剂用于催化对二甲苯氧化为对苯二甲酸,所述乙酸溶液与对二甲苯的重量比为2-40:1。
与现有技术相比,本申请的有益效果是:
(1)本申请采用低钴高锰式的配比,既经济又可使溴浓度降低,减轻设备的腐蚀;另外结合钾盐和含钯化合物,使反应加快第二个甲基的氧化,将对二甲苯液相连续一步氧化为对苯二甲酸,也避免了乙酸与对二甲苯的深度氧化。
(2)本申请中乙酸溶液有利于自由基的生成,进一步加快氧化反应的速度;由于对二苯甲酸不溶于乙酸,而乙酸溶液可溶解氧化中间产物,有利于终产物对二苯甲酸的提纯。
(3)与传统钴锰溴催化剂相比,本申请所述的钴锰溴催化剂可以进一步提高对二甲苯的氧化速率。
具体实施方式
为了更好理解本申请技术内容,下面提供具体实施例,对本申请做进一步的说明。
实施例1
一种钴锰溴催化剂,包括钴盐、锰盐和含溴化合物,还包括钾盐和含钯化合物。
所述催化剂中钴、锰、钾、钯的摩尔比为1:3:1:0.5。
所述钴、锰的摩尔数之和与溴的摩尔比为1:0.5。
所述钾盐为乙酸钾,所述钯化合物包括乙酸钯。
所述钴盐为乙酸钴,所述锰盐为乙酸锰。
所述含溴化合物为溴水。
一种上述钴锰溴催化剂的制备方法,将钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物加入乙酸溶液中混合后制成所述钴锰溴催化剂。
所述乙酸溶液的质量浓度为30%。所述钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物的总重量与乙酸溶液的重量比为1:10。
所述钴锰溴催化剂用于催化对二甲苯氧化为对苯二甲酸,所述乙酸溶液与对二甲苯的重量比为2:1。
实施例2
一种钴锰溴催化剂,包括钴盐、锰盐和含溴化合物,还包括钾盐和含钯化合物。
所述催化剂中钴、锰、钾、钯的摩尔比为1:4:2:0.6。
所述钴、锰的摩尔数之和与溴的摩尔比为1:0.8。
所述钾盐为溴化钾,所述钯化合物为氧化钯。
所述钴盐为氧化钴,所述锰盐为碳酸锰。所述含溴化合物为溴乙酸。
一种上述钴锰溴催化剂的制备方法,将钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物加入乙酸溶液中混合后制成所述钴锰溴催化剂。
所述乙酸溶液的质量浓度为60%,所述钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物的总重量与乙酸溶液的重量比为1:85。
所述钴锰溴催化剂用于催化对二甲苯氧化为对苯二甲酸,所述乙酸溶液与对二甲苯的重量比为25:1。
实施例3
一种钴锰溴催化剂,包括钴盐、锰盐和含溴化合物,还包括钾盐和含钯化合物。
所述催化剂中钴、锰、钾、钯的摩尔比为1:5:3:0.8。
所述钴、锰的摩尔数之和与溴的摩尔比为1:1。
所述钾盐乙酸钾、溴化钾,所述钯化合物为氧化钯。
所述钴盐为乙酸钴,所述锰盐为乙酸锰。
所述含溴化合物为乙酰溴。
一种上述钴锰溴催化剂的制备方法,将钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物加入乙酸溶液中混合后制成所述钴锰溴催化剂。
所述乙酸溶液的质量浓度为75%,所述钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物的总重量与乙酸溶液的重量比为1:100。
所述钴锰溴催化剂用于催化对二甲苯氧化为对苯二甲酸,所述乙酸溶液与对二甲苯的重量比为40:1。
对比例1
与实施例2相比,所述钴锰溴催化剂中不含钾盐和含钯化合物,具体为:
一种钴锰溴催化剂,包括钴盐、锰盐和含溴化合物。
所述催化剂中钴与锰的摩尔比为1:4。所述钴、锰的摩尔数之和与溴的摩尔比为1:0.8。
所述钴盐为氧化钴,所述锰盐为碳酸锰。所述含溴化合物为溴乙酸。
一种上述钴锰溴催化剂的制备方法,将钴盐、锰盐、含溴化合物加入乙酸溶液中混合后制成所述钴锰溴催化剂。
所述乙酸溶液的质量浓度为60%,所述钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物的总重量与乙酸溶液的重量比为1:85。
对比例2
与实施例2相比,所述钴锰溴催化剂中不含钾盐,具体为:
一种钴锰溴催化剂,包括钴盐、锰盐和含溴化合物,还包括含钯化合物。
所述催化剂中钴、锰、钯的摩尔比为1:4:0.6。
所述钴、锰的摩尔数之和与溴的摩尔比为1:0.8。
所述钯化合物为氧化钯。
所述钴盐为氧化钴,所述锰盐为碳酸锰。所述含溴化合物为溴乙酸。
一种上述钴锰溴催化剂的制备方法,将钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物加入乙酸溶液中混合后制成所述钴锰溴催化剂。
所述乙酸溶液的质量浓度为60%,所述钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物的总重量与乙酸溶液的重量比为1:85。
对比例3
与实施例2相比,所述含溴化合物为乙酰溴,其他原料及其配比均与实施例2相同。
性能测试
在反应温度为200℃、压力为2.7MPa、对二甲苯与乙酸溶液的重量比为1:25,所有物料一次性加入,空气连续加入,反应时间为2h,采用HPLC法检测最终产物中对二甲苯(PX)、对甲基苯甲酸(PT)、对苯二甲酸(CPA)的含量,结果见表1。
表1
PX(%) | PT(%) | CPA(%) | |
实施例1 | 0 | 0.36 | 3.32 |
实施例2 | 0 | 0 | 3.87 |
实施例3 | 0 | 0.19 | 3.16 |
对比例1 | 0.84 | 0.62 | 2.28 |
对比例2 | 0.35 | 0.39 | 2.67 |
对比例3 | 0 | 0.07 | 3.75 |
由表1所示,实施例1-3中PX含量均为0,可见PX均已参与反应;实施例2中PT含量为0,说明PT的甲基已经完全氧化,实施例2的催化剂已将PT完全氧化,CPA含量也明显高于实施例1和3,说明实施例2在2h内主反应(PX氧化和PT氧化)已全部完成。证明实施例2的催化剂的催化效率要高于实施例1和3,所以实施例2所述的钴锰溴催化剂原料及配比是本申请的最优选择。
相比实施例2,对比例1中的PX和PT均没有完全反应,说明实施例2所述的钴锰溴催化剂中,钾盐和含钯化合物能够促进主反应的发生。对比例2中的PX和PT含量低于对比例1,说明钾盐的添加,也能够进一步促进PX和PT的氧化,并提高PX和PT的氧化速率。
由实施例2与对比例3相比,对比例3中的CPA含量低于实施例2,最终产物中还含有PT,证明溴乙酸的选择优于乙酰溴,能够进一步提高PX生成CPA的反应速率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种钴锰溴催化剂,包括钴盐、锰盐和含溴化合物,其特征在于:还包括钾盐和含钯化合物,所述催化剂中钴、锰、钾、钯的摩尔比为1:3-5:1-3:0.5-0.8。
2.根据权利要求1所述的一种钴锰溴催化剂,其特征在于:所述催化剂中钴、锰的摩尔数之和与溴的摩尔比为1:0.5-1。
3.根据权利要求1所述的一种钴锰溴催化剂,其特征在于:所述钾盐包括乙酸钾、溴化钾中的至少一种,所述钯化合物包括乙酸钯、溴化钯、氧化钯、碳酸钯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种钴锰溴催化剂,其特征在于:所述钴盐包括乙酸钴、溴化钴、氧化钴、碳酸钴中的至少一种,所述锰盐包括乙酸锰、溴化锰、氧化锰、碳酸锰中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种钴锰溴催化剂,其特征在于:所述含溴化合物为非氢溴酸化合物,包括溴水或有机溴化合物。
6.根据权利要求5所述的一种钴锰溴催化剂,其特征在于:所述有机溴化合物包括乙酰溴、溴乙酰溴、溴乙酸中的至少一种。
7.权利要求1-6任一权利要求所述的一种钴锰溴催化剂的制备方法,其特征在于:将钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物加入乙酸溶液中混合后制成所述钴锰溴催化剂。
8.根据权利要求7所述的一种钴锰溴催化剂的制备方法,其特征在于:所述乙酸溶液的质量浓度为30%-75%之间,所述钴盐、锰盐、钾盐、含溴化合物、含钯化合物的总重量与乙酸溶液的重量比为1:10-100。
9.根据权利要求7所述的一种钴锰溴催化剂的制备方法,其特征在于:所述钴锰溴催化剂用于催化对二甲苯氧化为对苯二甲酸,所述乙酸溶液与对二甲苯的重量比为2-40:1。
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- 2021-12-31 CN CN202111676218.5A patent/CN114289075A/zh active Pending
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