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油酸异丙酯的制备

发布日期:2019/11/1 10:13:28

背景及概述[1][2]

油酸异丙酯是一种透明油状液体,无色无味,不溶于水,是一种重要的化工原料,它可以作为化妆品、增塑剂、机械油添加剂和染料的表面湿润剂等,油酸异丙酯是由油酸与异丙醇酯化反应制得,工业上通常使用的催化剂主要是浓硫酸,但是浓硫酸具有很强的腐蚀性,会导致设备腐蚀严重,而且使用浓硫酸催化产生的废弃物对环境的污染非常严重,因而很多研究者追求探究采用对环境友好的新型催化剂来代替硫酸。油酸异丙酯还具有很好的低温性能,与生物柴油调和可有效降低生物柴油的凝点和冷滤点,改进生物柴油的低温流动性能。

理化性质[1]

油酸异丙酯为透明油状液体,可与动、植物油互溶,其分散系数大,铺展性好,能在皮肤上形成薄层液膜,具有护肤作用。随着化学工业的迅速发展,对油酸异丙酯的需求不断增加。一般情况下,油酸异丙酯由油酸和异丙醇在催化剂的作用下通过酯化反应而制得。传统的用于油酸和异丙醇酯化反应的催化剂为液体有机酸,但因其腐蚀作用大、引发的副反应多、反应后产物分离复杂以及废液处理困难等缺陷而导致其使用受到一定的限制。随着全球对催化工艺绿色化重视程度的增加,固体酸催化工艺取代液体酸催化工艺已势在必行。

在现有的负载型催化剂中,介孔分子筛材料作为载体。介孔分子筛材料具有孔道有序、孔径可调、比表面积和孔容较大等优点,使得采用这些介孔分子筛材料作为载体制成的负载型催化剂在有机催化反应中的制备工艺中表现出很多优点,例如,催化活性高、副反应少、后处理简单等,然而,大的比表面积和高的孔容使得这些介孔分子筛材料具有较强的吸水、吸潮能力,从而会导致这些负载型催化剂在催化反应过程中发生团聚,进而降低油酸异丙酯制备工艺中油酸的转化率。

制备[2]

(1)制备球形含铝凹凸棒石介孔复合材料

将1.0g(0.0002mol)三嵌段共聚物表面活性剂P123和1.69g(0.037mol)乙醇加入到28ml、pH值为4的乙酸和乙酸钠缓冲液中,在15℃下搅拌至P123完全溶解,之后向得到的溶液中加入6g(0.053mol)三甲基戊烷,在15℃下搅拌8h,再向其中加入2.13g(0.014mol)四甲氧基硅烷,在15℃、pH值为4.5的条件下搅拌20h,然后将得到的溶液转移至三口瓶中,在60℃下晶化24h,接着进行过滤和并用去离子水洗涤4次,然后抽滤得到具有一维孔道双孔分布结构的介孔分子筛材料的滤饼A1。

将浓度为15重量%的水玻璃和浓度为12重量%的硫酸溶液和丙三醇以重量比为5:1:1进行混合并在30℃下接触反应2小时,接着用浓度为98重量%的硫酸调整pH值至3,然后对得到的反应物料进行抽滤,并用蒸馏水洗涤至钠离子含量为0.02重量%,得到硅胶的滤饼B1。

将上述制备的10g滤饼A1、10g滤饼B1和10g凹凸棒石一起放入100ml球磨罐中(其中,球磨罐和磨球的材质均为高铝陶瓷,该高铝陶瓷中铝元素的含量为35重量%,磨球的直径为3mm,数量为1个,转速为400r/min)。封闭球磨罐,在球磨罐内温度为60℃下球磨1小时,得到30g固体粉末;将该固体粉末溶解在30克去离子水中,在200℃下在转速为12000r/min下喷雾干燥;将喷雾干燥后得到的产物在马弗炉中在500℃下煅烧24小时,脱除模板剂,得到28克具有一维孔道双孔分布结构的球形含铝凹凸棒石介孔复合材料C1。根据光电子能谱分析的结果,C1中铝的含量为18重量%。

(2)制备负载型催化剂

在25℃下,将上述步骤(1)中制备的30g球形含铝凹凸棒石介孔复合材料C1与对甲苯磺酸一起放入去离子水中,搅拌至溶解,且球形含铝凹凸棒石介孔复合材料C1与对甲苯磺酸的重量比为50:50,去离子水与对甲苯磺酸的摩尔比为25:1,在200℃下在转速为12000r/min下喷雾干燥,得到负载型催化剂Cat-1。

将制备的负载型催化剂Cat-1在150℃下真空干燥6小时,冷却至室温后,称取0.5克,在三口瓶中依次加入油酸6g,异丙醇2.8g,Cat-10.5g,加热至75℃,反应半小时后,离心分离,利用气相色谱分析反应产物液成分,油酸转化率99.9%,油酸异丙酯选择性100%,收率73%,固体催化剂Cat-1在150℃下真空干燥6小时,冷却至室温后,回收后再利用。

主要参考资料

[1] 徐娟, 李法社, & 李靖. (2011). 对甲苯磺酸催化制备油酸异丙酯及动力学研究. 应用化工, 40(2), 215-217.

[2] 魏田升, & 沈健. (2009). 铌改性sba-15介孔分子筛催化合成油酸异丙酯. 辽宁石油化工大学学报, 29(3), 26-29.

[3] 李静, 李法社, 徐娟, 樊志龙, LiJing, & LiFashe等. (2011). 油酸异丙酯的合成及其对生物柴油低温流动性研究. 广东化工, 38(6), 5-6.

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