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碳酸二苯酯(简称DPC)是非光气法合成聚碳酸酯(PC)的重要化工中间体之一。氧化羰基化一步合成DPC避免了使用剧毒的光气,环境友好,符合可持续发展战略,是极具发展前途的绿色工艺。以往文献和专利中大部分采用钯化合物的均相催化体系氧化羰基化合成DPC。目前,非均相催化体系的研制已经成为国内外的热点。
本课题组前期采用复合氧化物负载的钯催化体系对氧化羰基化合成碳酸二苯酯进行了研究。本工作目标就是在前期的研究基础上,对催化体系进行系统研究并对合成工艺条件进行优化,为非均相催化合成碳酸二苯酯工业化生产提供理论基础和实验数据。
本文研究了钙钛矿载体的制备方法,钙钛矿的掺杂效应,钯组分活性相的选择和负载方法对氧化羰基化制备碳酸二苯酯催化剂活性的影响,通过XRD、SEM、XPS、比表面积分析对催化剂进行了表征。在间歇反应过程中,讨论助剂和溶剂,气相组成,压力和温度对催化体系的影响。半连续操作情况下,对气相组成、反应温度、压力、气体流量等工艺参数进行了优化。通过研究得出以下结论:
1.与微乳液法和表面活性剂共沉淀法相比,柠檬酸络合物法制备的前体在较低温度下焙烧即可形成单一晶相Lao.sPbo.sMn03型钙钛矿物相,晶粒相对较小,比表面积较大。柠檬酸络合物法在pH<3条件下络合,800℃下焙烧所制备的载体晶相较纯,晶粒相对较小,比表面积较大,负载活性组分后,催化活性较高。
2.掺杂原子量为被掺杂原子的l/10时,在800℃焙烧可制备物相单一的掺杂型钙钛矿载体,掺杂不影响载体的表面形貌。具有掺杂缺陷的钙钛矿物相载体负载的催化剂活性较高。
3.对碱性氧化物钙钛矿载体负载,H2PdCl4作为活性成分优于Na2PdCl4、[Pd(NH3)4】C12;HCI在负载过程中不仅起络合剂作用而且可与[PdCl4]卜在载体上竞争性吸附;Na0H沉淀法负载相同量的活性成分,催化活性优于浸渍法。应用NaOH沉淀法负载H2PdCl4,mpd:mcarrier=5~~时,催化活性最高。负载制备的催化剂中Pd的活性价态为二价。Pd,Cu双组份催化剂中,Cu对Pd电子状态和表面含量的影响决定双组份
4.在间歇操作过程中,DPC产率随着气相压力的增加而增加,在一定的压力条件下,可以控制02的分压达到反应最佳化,增加DPC收率。有机助剂苯醌,氢醌对多相催化体系有较高的助催化效果。溶剂二氯甲烷与苯酚的质量比大于5:1,可以提高DPC的产率。在总压4.5MPa,氧含量5%,m(phen01):m(CH2C12):m(catalyst):m(4Amolecularsiece)=50:50:1:1,n(Pd):n(TBAB):n(BQ)=l:45:0.5的条件下,选用NaOH沉淀法负载H2PdCl2,负载量为5%,反应3h后,DPC产率可以达到33.2%。
5.条件相同的情况下,半连续法合成DPC的产率高于间歇法。半连续法合成DPC较为合适的条件为:氧气流量为25ml/min(标准状态下),一氧化碳流量为500ml/min(标准状态下),反应温度80℃,压力2Mpa,在反应8h后DPC的产率可达到9.4%。反应体系的压力增大,DPC的产率增加。