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碳酸丙烯酯(PC)因具有优良的物理化学性能,使其在化工等领域有着广泛的应用。目前,工业上主要采用二氧化碳与环氧丙烷加成法合成PC,但由于反应条件苛刻,已逐渐被尿素醇解法所取代,该方法反应条件温和、成本低廉、符合绿色化学的要求,因而有着广阔的市场发展前景。 本文首先进行了催化剂的筛选并设计正交实验优化了尿素醇解法合成PC的反应工艺条件;然后在此基础上,借助实验和分析表征研究了催化剂的作用过程及催化反应机理;考察了不同温度下尿素浓度对反应速率的影响并拟合出反应动力学方程,最后就该反应的特性,设计了喷射环流反应器。 实验研究发现尿素均匀沉淀法制备的ZnO有很好的催化活性,用ZnO催化尿素与1,2-丙二醇(PG)反应合成PC的最佳工艺条件为:反应温度170℃、反应压力40kPa、反应时间2h、反应物料摩尔比(PG/Urea)1.5、催化剂用量0.7wt%、机械搅拌转速500RPM;通过XRD、FTIR、ICP、EL、TG-DSC等分析得出,该催化反应是分步进行的,首先ZnO催化尿素分解为异氰酸(HNCO)并促进PG与HNCO自发反应生成中间产物羟丙基氨基甲酸酯(HPC),然后ZnO转变为异氰酸氨锌(Zn(NCO)2(NH3)2)催化HPC环化生成PC;此外,等温反应动力学实验结果表明,反应速率r与尿素浓度CA的一次方成正比,反应动力学方程为r=4.84×106e(-8114.06/T)CA。