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基于杂多酸的有机无机杂化催化剂催化苯与分子氧羟基化制苯酚文献综述

 2020-04-07 16:08:32  

文 献 综 述

1.1 苯酚的概述

苯酚是一种重要的化工原料,在工业上具有广泛的用途,主要用于生产酚醛树脂、己内酰胺、双酚A、苯胺、烷基酚和水杨酸等。目前,苯酚的生产方法有:氯苯水解法、磺化法、环己酮-环己醇法、甲苯-苯甲酸法和异丙苯法等。现在异丙苯法是世界上生产苯酚最主要的方法。异丙苯法生产苯酚工艺已经很成熟,但这一方法仍然有显著的缺点,该反应能耗大、苯酚收率低、另外还存在易发生爆炸的中间产物(异丙苯的氧化产物)、产生与苯酚等物质的量的副产物丙酮,而丙酮的需求量远小于苯酚、需要加入酸及多种有机试剂,造成资源浪费、而且操作不便,还对环境有污染,也不符合可持续发展战略。

所以,近年来人们从提高反应的原子经济性还有绿色性方面着手,目光集中在苯直接羟基化制苯酚这一方法上面,研究内容主要在反应中催化剂和氧化剂的选择上,并且取得了显著的研究进展。杂多化合物包括杂多酸及其盐,是一类由中心原子(即杂原子,如Si、P等)和配位原子(即多原子,如MO、W等)通过氧原子桥联方式进行空间组合的多氧金属配合物。它既具有配合物和金属氧化物的结构特征,还有酸性和氧化还原性能,可作为双功能催化剂,同时传递质子和电子。另外,在杂多化合物的结构中,由于杂多阴离子间具有一定空隙,所以极性或碱性分子以及体积小的分子容易被吸收进体相内,形成假液相,这样一来反应的进行不仅限于表面,还可扩大到体相整体,从而很大地提高了催化剂的催化活性。近年来,人们对杂多化合物的性质有了进一步的认识,金属氧簇,多金属氧酸盐化学受到了更多关注。杂多酸既具有酸性又有氧化性,组成和结构可调,杂多酸用作苯羟基化制苯酚催化剂的研究近来受到越来越多的关注

1.2 苯制苯酚的方法

按照传统的苯酚合成路线,均是多步合成,而且需要加入酸和多种有机试剂。这样不仅浪费了大量资源,还引出了环境污染一系列问题。近年来新型的苯酚合成路线成为研究热点。以苯为原料经过一步部分氧化,是一条比较清洁经济的路线,而直接羟基化制苯酚的反应,吸引了广泛关注。

1.2.1 以过氧化氢为氧化剂

2000年,Bianchi等[1]制备了一种新的基于铁的均相催化剂,并且用在了苯氧化制苯酚的反应中,发现苯酚的选择性为97%。之后,Bianchi等[2]继续在工业应用方面进行研究,报道了一种改性了的钛硅分子筛催化剂(TS-1B),结合一种合适的溶剂,用在了过氧化氢氧化苯制苯酚的反应中,达到了满意的选择性和产率。

后来,Zhang等[3]报道了以过氧化氢作氧化剂,用钒取代杂多酸作为催化剂催化苯直接羟基化制苯酚。指出冰醋酸第一次在此反应体系中被用作溶剂。分别得到了26%的产率和91%的选择性。作者发现冰醋酸是一种最佳溶剂,过氧化氢与苯的摩尔比为1.7,反应100分钟,是优化条件。此外,作者还发现H4PMo11VO40#8226;13H2O在各种催化剂中活性最好,并且最稳定。

Gao等[4]报道了以粘土负载氧化钒为催化剂,过氧化氢为氧化剂,来用于苯直接羟基化制苯酚的反应中。在313 K的反应条件下,采用粘土负载氧化钒催化剂,苯酚的选择性达到94%,苯的转化率为14%。

2008年,Chen等[5]报道了四甲基铵盐磷钼钒固体催化剂[(CH3)4N]4PMo11VO40,同时用过氧化氢为氧化剂,苯酚的收率达到了12.4%,选择性达到85.7%。该催化剂不仅稳定性很好,而且能够回收。

过氧化氢作为氧化剂,反应后产物为可直接排放的水,因而是对环境友好的绿色氧化剂。近来在苯的选择性氧化中受到广泛重视。但也存在缺点,那就是过氧化氢的用量大,所需成本高。

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