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甲基丙烯醛合成过程离子液体催化剂失活机理及动力学研究

文献类型:学位论文

作者樊柳
答辩日期2021-06-01
文献子类硕士
授予单位中国科学院过程工程研究所
导师李春山
关键词甲基丙烯醛,羟醛缩合反应,离子液体,失活机理,动力学
英文摘要

甲基丙烯醛(Methacrolein, MAL)是一种重要的中间体,被广泛应用于生产甲基丙烯酸甲酯等精细化工产品,其一般通过异丁烯氧化或甲醛-丙醛间的羟醛缩合反应获得。本论文针对离子液体催化的甲醛-丙醛缩合反应制MAL过程,探究了离子液体催化剂循环过程的失活机理。此外重点研究了二乙胺乙酸盐失活动力学、其催化缩合反应动力学,为MAL合成的工业过程设计提供重要支撑。主要研究内容如下:(1)制备了二乙胺乙酸盐、二乙醇胺乙酸盐两种仲胺离子液体,分别探究了温度、气氛、反应物等因素对离子液体失活的影响。通过元素分析、FT-IR、ESI-MS/MS、NMR等表征手段,揭示了催化剂的失活机理。甲醛和二乙胺乙酸盐结合成半胺醛中间体,中间体在氧气的作用下生成N,N-二乙基甲酰胺,导致催化剂损失。向体系中加入自由基抑制剂可以减少二乙胺乙酸盐失活反应的发生,最优为加入氧氮自由基哌啶醇(TEMPO),催化剂单程损失率从1.83%降至1.03%。二乙醇胺乙酸盐的失活机理是其先与甲醛作用生成亚胺结构,由于分子内具有活泼的-OH,可以环化形成2-(3-噁唑啉)乙醇,该环状物会在高温且甲醛的存在下,开环生成N-甲基二乙醇胺,导致离子液体损失。(2)获得了二乙胺乙酸盐离子液体失活反应的初始反应动力学方程。该反应活化能为115 kJ/mol,实验证明催化剂失活主要发生于高温回收阶段。该动力学数据为工业化中催化剂的循环、补加、寿命预测提供了依据。(3)以二乙胺乙酸盐离子液体为催化剂,通过监测丙醛的实时浓度,获得了甲醛和丙醛反应的宏观动力学方程。反应的活化能为42.16 kJ/mol,实验证明反应可以在较低温下发生,应降低反应温度,以减少催化剂失活。该数据为工业化反应器的设计提供了依据。

语种中文
源URL[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60855]  
推荐引用方式
GB/T 7714
樊柳. 甲基丙烯醛合成过程离子液体催化剂失活机理及动力学研究[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2021.

入库方式: OAI收割

来源:过程工程研究所

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