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KT-02 负载型镍催化剂用于对硝基苯酚催化加氢

所属分类:产品知识    发布时间: 2023-04-22    作者:甘肃中科药源生物工程股份有限公司
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一、背景介绍

对氨基苯酚(p-aminophenol)是一种重要的化工和医药中间体,广泛用于合成解热镇痛类药,如合成扑热息痛、安妥明;在染料行业,用于合成硫化染料、酸性染料、毛皮染料及偶氮染料等;在橡胶工业中被用于对苯二胺类防老剂的生产;在感光材料行业用于制造照相显影剂[1] ;还可用于合成杀菌剂、植物生长调 节剂、石油及润滑油抗氧剂等多种精细化学品[2]。
对氨基苯酚的合成方法有硝基苯电化学还原法[3] 、硝基苯化加氢[4-6] 、苯酚亚硝化法、对氯邻氨基苯酚催化加氢法[7] 、对硝基苯酚铁粉还原法、对硝基苯酚催化加氢法等[8] 。催化加氢工艺路线简单, 三废排放少。以硝基苯催化加氢法虽然原料易得, 反应在硫酸等强酸介质中进行,副产物苯胺等杂质的存在导致制困难、产品中的痕量苯胺有致癌作用,因而对硝基苯酚催化氢法制备对氨基酚成为研究热点。负载型镍基催化剂由于制备单、活性高、成本低等已被用于多种化合物的合成,有较多用于基苯类加氢的报道[9- 11],但催化剂研制多处于实验室阶段。目国内有安徽蚌埠化工厂采用对硝基苯酚催化加氢法生产对氨基苯酚,采用雷尼镍做催化剂。KT-02  负载型镍催化剂将活性镍载于经过特殊前处理的硅藻土上,可在空气中低于150 ℃温度下保存,需活化即有催化活性。本研究以工业负载型 KT-02 镍催化剂催化加氢硝基苯酚制备对氨基苯酚,考察了温度、氢气压力、 拌速度及催化剂用量等因素对工艺的影响,并进行了催化剂套实验,认为以 KT-02 为催化剂还原对硝基苯酚制备对氨基苯酚, 是一种低成本、安全的工艺;催化剂可不经处理直接重复利用8 具有良好的工业应用前景。

二、研究实验部分

2.1 原料与仪器

对硝基苯酚,辽宁世星药化有限公司;KT-02型镍催化剂, 甘肃中科药源生物工程股份有限公司;甲醇,工业纯,天津化学试剂一厂。高压反应釜1L,威海化工机械仪器厂;气相色谱仪(GC-9790I) ,浙江福立分析仪器有限公司。

2.2  实验操作
在装有搅和回流装置的高压釜中,加入200 g 对硝基苯酚、适量醇、KT-02 催化剂,关闭高压釜,试漏并用氮气置换空气,将反应物缓慢加热至预定温度后通入氢气至反应压力,反应过程中调节冷凝水流量以控制釜内反应温度。当釜内压力不再下降时 ( 20min),搅拌 30min 后停止加热,反应液冷却至室温时放出,过滤回收催化剂待下次使用。滤液用 GC 进行测定,分析对硝基苯酚转化率和对氨基苯酚选择性。

2.3  分析方法

毛细柱30 mm×0.25 mm×o.53 μm,柱温200 ℃,汽化温28℃,进样            量0.4 μL

三、研究结果与讨论

3.1  反应温度的影响


硝基苯酚200 g KT-02 型镍催化剂16 g,甲醇400 mL 控制氢气压力1.5 MPa,反应温度的影响见表 1

 1    反应温度对对硝基苯酚选择性加氢反应的影响
Tab. 1    The influence of reaction temperature on selective hydrogenation of p-nitrophenol

图片

由表 可见,当温度大100  ℃时,反应2.4 h 转化率即达100 %,进一步提高温度反应时间有所缩短,但副产物增加而使品收率降低,因此反应温度控制在90~95 ℃之间为宜。

3.2  氢气压力的影响

对硝基苯酚 200 g KT-02 镍催化剂 16 g,溶剂 40 0mL,反 应温度 90~95  ℃,反应时间 4.5h,考察氢气压力的影响,结果  2

 2    氢气压力对反应的影响
Tab.2    The influence of hydrogen pressure on the reaction

氢气压力/MPa

硝基苯酚转化率/%

氨基苯酚质量分数/%

1.1

94.3

94.1

1.3

97.8

97.6

1.5

99.5

98.8

1.7

100

98.6

1.9

100

98.7


显示,氢气压力为1.1 MPa 时,体系中产物的质量分数与原料的转化率均较低,随着压力增加,产品质量分数基本保持不变。这是由于加氢反应速度与液相中氢的浓度成正相关,即提高压力有利于增加氢反应混合物中的溶解度,导致氢在催化剂上的吸附量增大,从而加速了反应的进行。考虑到设备投入成 氢气压力1.5 MPa 左右时为宜。

3.3  催化剂用量的影响

反应温度90~95 ℃,氢气压力1.5 MPa,对硝基苯酚200 g400 mL ,考察催化剂用量对反应的影响。

 3    催化剂 KT-02 用量对反应的影响
Tab. 1    The influence of the amountf of KT-02 on the reaction

催化剂用量/g

对硝基苯酚转化率/%

应完全所需时间/h

6

100

8.0

7

100

6.7

8

100

4.5

9

100

4.4

10

100

4.2

反应物分子扩散到KT-02 催化剂表面发生化学吸附,发生化反应后产物从催化剂表面解吸、扩散。当催化剂用量增大时, 催化活性位增多,反应所需时间随催化剂加入量增大而缩短。由可见, 随着催化剂用量的增加,导致反应速度加快, 但用量超过8 %后, 反应速度不再明显加快,故最佳催化剂用量以8 % 宜。

3.4  搅拌速度对催化剂活性的影响

反应温度90~95 ,氢气压力1.3 MPa,对硝基苯酚200 g,甲醇400 mL,反应时间4 h ,考察搅拌速度对加氢反应的影响。

 4    搅拌速度对对氯硝基苯加氢反应的影

Tab.4    The influence of different stirring speed on yield of p-CAB

拌转速/(r·min- 1)
催化剂用量/g
对硝基苯酚转化率/%
400
16
86.3
400
20
90.2
600
16
95.2
800
16
97.0
1000
16
97.9
1100
16
98.1

-固三相反应中,搅拌速度影响反应分子接触面、传质积, 从而影响加氢反应速率。由表可知, 在相同反应时间内,随着搅拌速度的增大,加氢反应的吸氢速度增加,对硝基苯酚的转化率逐渐提高,搅拌速度为1000 r/min 时转化率即可达到较理想效果;转速超过1000 r/min 后,加氢速率几乎不再增加,外扩散效应基本消除。同时还发现,搅拌转速低时加大催化剂用量未能明显提高反应转化率。

3.5 催化剂套用试验

用每次补加催化剂用量10 %新催化剂的方法,将前次反应滤回收的KT-02 与新补加催化剂合并加入高压反应釜中,考察催化剂稳定性

对硝基苯酚200 g KT-02 镍催化剂16 g,溶剂400 mL,反应温度 90~95 ℃, 反应时间4.5h,氢气压力1.5 MPa,搅拌速度1000 r/min,实验结果表明:采用每次补加适量催化剂的方法,可使反应时间与对氨基苯酚的选择性保持基本稳定,其中反应完全所需要的时间为 4.5~4.7h,对氨基苯酚的选择性为 98.3 %~98.6 %,催化剂重复利用次以上,显示了优良的稳定性。

四、研究实验小结

• 确定了 KT-02 负载型镍催化剂加氢还原对硝基苯 酚制备对氨基苯酚小试工艺条件:

•对硝基苯酚200 g,甲醇400 mL, 催化剂用量 16 g,反应温度 90~95 ℃,氢气压力 1.5 MPa,反应 时间约 4.5 h,对硝基苯酚转化率大于 99%,对氨基苯酚的选择性 大于 98%;

•催化剂套用次数 8 次以上。
•该工艺简便、安全,催化 剂使用方便、价格低廉、稳定性好,适合于工业化生产。

参考文献

唐蓉萍  ,何小荣 ,杨兴锴 ,索陇宁 ,曹福军 ,伍家卫 ,KT-02 负载型镍催用于对硝基苯酚催化加氢。广东化工,2012,39(13)


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