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2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTC)是一种兼具阻垢与缓蚀性能的水处理剂,它具有良好的化学稳定性,能耐高温、能耐氧化剂作用:且含磷量低,对环境影响小等特点,是国内目前较为先进的工业水处理药剂之一。
PBTC的合成工艺分三步,其中第三步反应--2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸五甲酯的水解反应是关键步骤。传统的水解工艺是采用盐酸为催化剂,并通入水蒸气水解,该方法存在水解反应时间长,对反应设备腐蚀性大,且产品中含有大量氯离子等缺点。目前,国内一些生产厂家已采用连续法生产PBTC,其水解反应不使用其他酸作催化剂,而是采用水解生成的PBTC作催化剂,并通人水蒸气,自催化水解制得PBTC,较好地解决了用盐酸催化而使产品中存在大量氯离子的问题,但是,该方法水解反应时间太长(需40h以上)。
作者对2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸五甲酯的水解反应进行了研究,对水解工艺进行了改进:(1)分别选用强酸性阳离子交换树脂和液体弱酸作为水解催化剂,缩短了水解反应时间,并且对反应设备腐蚀性小;(2)水解反应过程不通水蒸气,而是采取加热、搅拌并适时补充水分的方式进行,可以降低能耗,节省操作费用。通过实验研究了反应温度、水酯比、催化剂用量以及反应时间等对水解反应的影响,确定了水解反应的适宜工艺条件。同时研究了强酸性阳离子交换树脂的重复使用性能,结果表明,阳离子交换树脂再生重复利用三次,催化剂仍具有较高活性。
将水解产品进行13C NMR谱分析,确认产品的分子结构是PBTC。
强酸性阳离子交换树脂催化酯水解16h,产品经31P NMR谱测定,PBTC的含量为89.30%(摩尔百分数)。乙酸催化酯水解20h,产品经31P NMR谱测定,PBTC的含量为88.61%(摩尔百分数)。产品中PBTC含量远超过国家标准的要求。