【摘 要】
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钛硅分子筛/双氧水(TS/H2O2)体系催化的酮类氨肟化反应是肟类化学品绿色生产的发展方向,该反应过程为:氨和双氧水吸附于Ti活性位点上形成羟胺(NH2OH)中间体,羟胺与底物酮反应形成目标产物酮肟。因此,羟胺的无效分解直接影响该体系的氮原子有效利用率,如何提升反应过程中氮原子利用率、减少温室气体N2O的产生是目前面临的关键问题之一。本论文以氮(N)原子经济性和反应过程绿色化为指导,系统研究了羟胺
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钛硅分子筛/双氧水(TS/H2O2)体系催化的酮类氨肟化反应是肟类化学品绿色生产的发展方向,该反应过程为:氨和双氧水吸附于Ti活性位点上形成羟胺(NH2OH)中间体,羟胺与底物酮反应形成目标产物酮肟。因此,羟胺的无效分解直接影响该体系的氮原子有效利用率,如何提升反应过程中氮原子利用率、减少温室气体N2O的产生是目前面临的关键问题之一。本论文以氮(N)原子经济性和反应过程绿色化为指导,系统研究了羟胺的无效分解以及N2O产生的根源,总结了羟胺反应路径网络,发现Ti-OOH活性中间体的形成、稳定和传递的协同作用是提升氮原子利用率和减少温室气体N2O的关键。研究工作主要包括以下两个部分:1、在TS/H2O2体系中,系统考察了羟胺的反应行为,研究表明,NH2OH的反应路径主要包括有肟化主反应(路径a)、氧化分解副反应(路径b和c)。主反应路径a与氧化分解路径b相互竞争,亲电性更强的底物酮可以有效抑制NH2OH的无效分解。然而,氧化分解(路径b)不可避免,游离H2O2的反应行为决定了NH2OH氧化分解产物的差异。路径b包括:游离H2O2非催化氧化NH2OH生成N2和N2O(路径Ⅰ);以及Ti-OOH活性中间体氧化NH2OH生成无害的N2(路径Ⅱ)。提高钛硅分子筛Lewis酸强度(如TS-1s和F-Ti-MWW)和通过调节氢键相互作用(如KH2PO4和CH3OH)以提高Ti-OOH活性中间体的稳定性可有效减少N2O的排放。因此,Ti-OOH活性中间体的形成、稳定和传递的协同作用是影响该体系N原子经济性和绿色化的关键性因素。2、结合物化表征与羟胺分解实验,系统分析了环己酮氨肟化工业运行中失活阶段N2O增加的原因。结果表明,由于碱性溶硅导致钛硅分子筛骨架钛物种发生迁移,形成无定型非骨架硅钛二元混合物,该非骨架钛物种与H2O2作用产生自由基,加速NH2OH的氧化分解(路径Ⅰ),导致N2O的大量产生,添加适量的自由基抑制剂可抑制NH2OH的无效分解,并减少N2O的生成。
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