苯酚双氧水直接羟基化反应催化剂研究

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苯二酚(邻苯二酚、对苯二酚)是很重要的精细化工中间产品,用途广泛。双氧水氧化苯酚制备苯二酚,因其对环境的友好以及原料的价廉,成为21世纪最有发展前途的苯二酚生产工艺之一。通过文献调研发现,苯酚双氧水直接羟基化反应制备苯酚的催化剂,主要有以下几类:杂原子取代的分子筛、杂多酸盐、金属氧化物和复合金属氧化物和其他类型催化剂。但是目前还没有十分理想的催化剂。改性分子筛的合成比较复杂,制备成本高,合成条件苛刻,催化性能不稳定,不同实验室合成的催化活性相差甚远。杂多酸化合物可以高选择性地合成单一的苯二酚异构体,减少部分分离能耗,但是也存在催化剂制备成本高,催化剂回收困难,溶剂乙腈毒性大,过氧化氢用量大且分解严重等缺点。金属氧化物和复合金属氧化物,具有成本低、制备简单、稳定性好等优点,但催化活性和选择性还需要很好的改进。我们研究工作的目的就是寻找和制备成本低、制备简单、催化活性好的催化剂,通过调变影响反应的因素,优化反应条件。首先,选择用KBH4还原处理后的Fe2O3作为催化剂,考察了对苯酚羟基化反应的催化活性,讨论了反应温度、双氧水与苯酚的摩尔比、反应时间等不同因素对苯酚羟基化反应的影响。运用高效液相色谱法对产物进行分析。实验结果表明,随不同的双氧水和苯酚摩尔比,苯酚转化率可以达到18%~62%,苯二酚的选择性达85%以上,当H2O2的比例增加时,苯二酚的选择性稍有下降但变化很小,在近62.0%的转化率下,苯二酚的单程收率达53%。水作为溶剂,双氧水:苯酚(摩尔比)=1.5,催化剂与苯酚质量比为5%的条件下,于40~80℃的反应温度内,苯二酚的选择性基本保持不变(约86%),苯二酚可达到53%左右的收率。其次,用沉淀法制备的Fe(OH)3催化剂,对苯酚羟基化反应也有很好的催化活性。我们考察了催化剂用量、双氧水与苯酚摩尔比、反应温度、反应时间等因素对苯酚基化反应的影响。在反应温度40~90℃,催化剂/苯酚(质量比)0.5%~5.0%,过氧化氢/苯酚(摩尔比)为0.8左右的反应条件下,苯酚转化率可达40%以上,苯二酚选择性在88.0%左右。本文还结合氧化铁、氢氧化铁的反应特征,对反应诱导期、反应的机理进行了初步的探讨。
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