1-硝基蒽醌催化加氢并氧化制备1-氨基蒽醌研究

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1-氨基蒽醌是合成蒽醌类染料的重要中间体,其用途广、耗量大,是生产溴氨酸、吡唑蒽酮的主要原料,不仅用于生产分散、还原、酸性、活性染料,还用于油墨、涂料、聚合物类颜料的生产。  高品质的1-氨基蒽醌需求量与日俱增,目前国内的1-氨基蒽醌大都由铁粉、硫化碱还原等方法来生产,存在工艺流程长、三废多,对环境污染大的缺点。用1-硝基蒽醌催化加氢法合成具有收率高、产品质量好、环境友好等优点,是一条有发展前景的工艺路线。  本文以活性炭为载体制备了Pd/AC催化剂,采用XRD、BET、SEM及TEM对Pd/AC催化剂进行表征,考察Pd/AC催化剂对1-硝基蒽醌的催化加氢性能、套用性能,研究了Pd/AC催化剂失活原因。结果表明:Pd负载量为5%最为经济可行,5%Pd/AC催化剂中微孔居多,平均孔径为1.65nm,Pd颗粒分散较为均匀,平均粒径为3.81nm。最佳的加氢反应参数:1-硝基蒽醌∶催化剂∶溶剂=18.8∶1∶269(质量比),温度控制在333-338K,压力0.5MPa,搅拌速度1000r/min。1-硝基蒽醌转化率可达99.9%,1-氨基氢醌选择性为98.3%,产品1-氨基蒽醌为一等品。套用1次后,催化剂失活,主要原因是催化剂表面Pd颗粒团聚及有机物在活性位沉积。  Pd/AC对1-硝基蒽醌催化活性低,且稳定性较差。论文以SBA-15为模板合成介孔碳CMK-3,以CMK-3为载体制备Pd/CMK-3催化剂,通过BET、XRD、SEM、TEM表征,考察Pd/CMK-3催化剂的结构参数和形貌特征,研究了Pd/CMK-3催化剂的加氢性能、最佳工艺条件,测试催化剂的重复使用性能。结果表明:Pd负载量为5%最佳,Pd分散较为均匀,Pd在CMK-3表面平均粒径为2.96nm,5%Pd/CMK-3仍保持着介孔结构,平均孔径为3.71nm。最佳的加氢反应参数:1-硝基蒽醌∶催化剂∶溶剂=25∶1∶360(质量比),溶剂选用无机溶液,温度控制在333-338K,压力0.6MPa,搅拌速度1000r/min。1-硝基蒽醌转化率可达99.9%,1-氨基氢醌选择性为98.7%,产品1-氨基蒽醌为优等品。5%Pd/CMK-3催化剂可连续套用7次。  最后,本文研究了后续的氧化工艺及废液循环使用,结果表明:空气为最佳的氧化剂,氧化装置选择三口烧瓶,氧化反应的最佳条件是:空气流量200ml/min,反应温度323K,转速300r/min,用薄层色谱法控制反应终点。在最佳条件下反应,产品转化率可达99.9%,选择性在98.5%以上。将氧化反应后的废液进行简单处理,用于下一批加氢反应,废液可循环套用13次,这大大减轻了环境的压力。
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