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摘 要

苯酚是生产双酚树脂、苯胺、己内酰胺、脂肪酸等工业产品的重要原料。传统工业里一般用异丙苯法来生产苯酚，但原子利用率低，副产物多，急需工艺改进。苯直接羟基化制苯酚符合绿色化学理念，使用环境友好的氧化剂。本课题使用的氧源是双氧水，使用负载型钒催化剂，同时不需要再额外添加促进剂或添加剂，在温和条件下制取苯酚。V@CN作催化剂时,反应时间短，反应条件温和，原子利用率高，催化剂可回收利用。制备催化剂用于催化苯制苯酚的反应，通过对时间、温度、氧化剂用量、催化剂煅烧温度，催化剂用量以及溶剂种类条件的优化，得出了最佳反应条件是2 ml乙腈作为溶剂，1 mmol苯，催化剂的煅烧温度为600℃，反应温度为60 ℃，催化剂V@CN 50 mg，过氧化氢4 mmol，反应时间为10 h，苯酚的收率可以达到43.0%。最后通过回收测试催化剂稳定性，回收五次，活性基本保持不变，表明催化剂稳定性较好。

关键词：苯羟基化 负载型钒催化剂 过氧化氢

Reaction of benzene to phenol catalyzed by a supported vanadium catalyst

Abstract

Phenol is an important raw material for the production of bisphenol resin, aniline, caprolactam, fatty acid and other industrial products.In traditional industries, the isopropyl benzene method is generally used to produce phenol, but the atomic utilization rate is low and the by-products are many, so the process is in urgent need of improvement.Phenol was prepared by hydroxylation of benzene in accordance with the concept of green chemistry, using an environmentally friendly oxidant.The oxygen source used in this project is hydrogen peroxide, and phenol is prepared under mild conditions by using a supported vanadium catalyst without the need for additional accelerators or additives.When V@CN is used as catalyst, the reaction time is short, the reaction conditions are mild, the atom utilization rate is high, and the catalyst can be recycled.Preparation of catalysts used in catalytic reaction of benzene phenol, by time, temperature, dosage of oxidant and catalyst calcination temperature, catalyst and solvent type conditions optimization, it is concluded that the optimum reaction conditions is 2 ml of acetonitrile as the solvent, 1 tendency for benzene, catalyst calcination temperature is 600 ℃, the reaction temperature was 60 ℃, catalyst V @ CN 50 mg, 4 tendency for hydrogen peroxide, reaction time is 10 h, phenol yield can reach 43.0%.Finally, the stability of the catalyst was tested through recovery, and the activity remained basically unchanged after five times of recovery, indicating that the stability of the catalyst was good.

Key words: Benzene hydroxylation reaction; Vanadium catalyst; Hydrogen peroxide

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 前言 1

1.1 苯酚背景 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 国内苯酚生产情况与市场分析 1

1.2 苯直接羟基化制备苯酚方法 2

1.2.1 以N₂O为氧化剂 2

1.2.2 以O₂为氧化剂 4

1.2.3 以H₂O₂为氧化剂 5

1.3 本文探究的主要内容 6

第二章 实验部分 8

2.1 引言 8

2.2 实验部分 8

2.2.1 实验试剂及药品 8

2.2.2 实验仪器 8

2.3 催化剂的制备 9

2.3.1 催化剂介绍 9

2.3.2 催化剂V@CN的制备 9

2.4 苯酚的制备 9

2.5 结果与讨论 10

2.5.1 催化剂用量对催化活性的影响 10

2.5.2 反应时长对催化活性的影响 11

2.5.3 反应温度对催化活性的影响 12

3.5.4 催化剂的煅烧温度对催化活性影响 13

2.5.5 不同溶剂对催化活性的影响 14

2.5.6 双氧水剂量对催化活性的影响 15

2.6 本章总结 16

第三章 结论与展望 17

3.1 结论 17

3.2 展望 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 前言

1.1 苯酚背景

1.1.1 研究背景

苯酚作为化工工艺生产的重要中间体也是多种农药石化产品的重要原料，世界上百分之九十以上的产品是通过工厂采用三步异丙苯法来生产的，该生产方式会产生很高的能耗，却拥有较低的苯酚产率，所需的附加物料多，合成路线较长，并且会导致十分严重的环境污染，处理起来会显著提高成本。于是用苯直接羟基化制备苯酚来代替目如今的三步异丙苯制备苯酚是一个公认​​的切实可行的研究方向。这类方法工艺更为简洁，能耗低，污染较小，是最合适的工艺改进。

该工艺最初选择的氧化剂是氧气，作为一种来源广泛的原料，经济实惠，然而实验结果都不能差强人意。选择钛分子筛为催化剂，过氧化氢液相氧化苯制备苯酚。选择N₂O作为反应的氧化剂，苯的直接气相催化制备苯酚取得了重大突破^[1]。在氧化进程中HNO₃会生成非常多的废气N₂O，如果不经过净化将其直接排放会对环境造成十分严重的污染，处理起来又会提高成本，所以纵使它拥有较高的性价比，也没法使用。

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