添加剂对己二酸结晶过程的影响

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己二酸除了用于生产尼龙66的单体外,还是医药中间体、粘合剂、杀虫剂、染料和食品添加剂的重要原料。下游不同工艺对己二酸原料的纯度及粒度有着不同的要求。为了明确己二酸结晶过程中的产品晶型、晶习、粒度与工艺条件及添加剂间的相互影响规律,以实现产品性质的精确调控,我们对己二酸结晶的控制步骤成核过程进行研究,并重点研究了不同类型、不同浓度的添加剂对己二酸晶体形貌的影响,以期进一步明确实际工业化生产过程中杂质对结晶过程的影响规律。首先,根据不同极性溶剂与己二酸作用力的差异,本文选择水、甲醇和正丁醇作为溶剂,研究了冷却速率(R)、饱和温度(T0)和不同极性溶剂对己二酸介稳区和成核的影响。研究表明己二酸的介稳区宽度为正丁醇>甲醇>水,主要归因于氢键供体容量随着溶剂极性的降低而降低,这削弱了溶质和溶剂的相互作用,使得成核过程中的脱溶剂过程更加困难。当冷却速率足够大时,介稳区主要由冷却速率决定。当溶液的饱和温度和溶剂极性增加时,固液界面张力减小。临界吉布斯自由能和临界晶核尺寸不随结晶驱动力的增加而单调减小。且发现冷却速率和成核温度会同时影响固液界面张力和指前因子值,导致成核速率与驱动力不是线性的。实际上,在给定的饱和温度下,成核速率和驱动力呈线性关系,为己二酸的成核行为提供了坚实的理论基础。其次,本文采用静态法测定了不同浓度丁二酸和戊二酸作用下己二酸在水和甲醇中的溶解度,可以发现己二酸的溶解度随着饱和温度的升高和添加剂浓度的增加而增加。同时使用Apelblat经验方程和van’t Hoff方程对溶解度数据进行拟合,计算得到己二酸在相应溶剂中的标准摩尔焓变和标准摩尔熵变均为正值,表明己二酸在水、甲醇溶液中的溶解是一个吸热过程。同时,冷却结晶实验发现当降温速率和添加剂浓度增大时,己二酸的介稳区宽度变大。结合修正的Sangwal模型,研究发现在相同的饱和温度下,固液界面张力随添加剂浓度的增大而增大。最后,本文考察了两种二元酸添加剂对己二酸晶体形貌的影响规律。结合分子模拟,采用BFDH模型和AE模型预测得到了己二酸的理论晶体形貌,与水溶液中生长的棒状晶习相近。探究了己二酸冷却结晶过程中,添加剂对晶习的影响规律。实验结果表明:不加添加剂时晶习为棒状;加入分子结构相似的丁二酸和戊二酸为添加剂时,结晶产品的长径比变大,其中戊二酸作用最明显;当丁二酸和戊二酸含量低于0.5%时,得到片状晶体,但是随着戊二酸浓度增加到3%时,产品的形貌由六边形变为四边形,晶体形貌的变化主要是由添加剂抑制了(11-3)晶面的生长所导致的。
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