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聚苯乙烯泡沫(PSF)广泛用作包装材料和隔音绝热材料等。据估计,我国目前仅电视机用PSF包装材料每年废弃量就达1.5万吨以上。由于PSF废料在自然环境中不降解,因而造成环境污染,破坏生态平衡。如何利用和处理PSF废料,已成为世界各国共同关注的问题。在回收利用废弃PSF的研究方面,将PSF塑料转化为精细化学品是当前研究的一个重要方向。本文研究了利用废PSF直接生产精细化工产品对硝基苯甲酸,进而生产对氨基苯甲酸的过程。
本文首先对PSF热融消泡和有机溶剂消泡进行了比较研究,发现热融消泡操作简单,且不会产生有机溶剂污染。随后研究了PSF硝化氧化制备对硝基苯甲酸的过程,确定了合适的酸反应体系和催化剂。通过对PSF高温硝化氧化一步法制备对硝基苯甲酸的研究,得出其优化条件如下:常压,采用73%的硝酸为硝化氧化剂,硝酸与PSF质量比为9.5:1,反应温度为138℃,反应时间为48 h,催化剂为硝酸锌,该催化剂与底物的质量比为0.3%,对硝基苯甲酸的产率达48%,纯度为84.99%。结果显示,产物产率较低。然后,研究了常温硝化-高温氧化两步法制备对硝基苯甲酸的过程,得出其优化条件如下:常压下进行反应,反应温度为135℃,硝酸浓度为71%,硝酸与对硝基聚苯乙烯的质量比为7:1,催化剂用量为对硝基聚苯乙烯量的0.2%,常温硝化反应4 h,高温氧化反应48 h,产率达53.5%,纯度为96.82%。结果表明,两步法的收率相对一步法而言仅有少量提高,但操作较为繁琐,反应时间较长。
为缩短反应时间,提高反应产率,进行了微波辐射下PSF硝化氧化制备对硝基苯甲酸的研究,得出微波辐射一步法制备对硝基苯甲酸的最优条件为:以70%的硝酸为硝化氧化剂,且硝酸与PSF质量比为8:1,反应温度200℃,反应压力2.0 MPa,硝酸锌催化剂的用量为0.1%,反应时间为60 min。在此条件下,对硝基苯甲酸的产率达到80%,纯度为99.2%。结果显示,微波强化使对硝基苯甲酸的产率有了显著提高。随后,对两步法制备对硝基苯甲酸过程中高温氧化步骤也进行了考察,得出其最优条件为:采用68%的硝酸为硝化氧化剂,硝酸与对硝聚苯乙烯质量比为5:1,反应温度200℃,反应压力2.0 MPa,硝酸锌催化剂用量为0.1%,反应时间为60 min,对硝基苯甲酸产率达85%,纯度为99.4%。结果表明,微波辐射两步法不但缩短了反应时间,而且提高了产物产率。
最后,以对硝基苯甲酸为原料,进行了对氨基苯甲酸的制备研究,优化了工艺条件,结果如下:以铝镍100~300目为催化剂,反应压力3.0 MPa;反应温度136℃;催化剂用量为6%;原料液浓度为10%。在此条件下,获得的对氨基苯甲酸的收率和纯度分别为:90.61%和94.79%,高于文献报道值。