交換樹(shù)脂催化劑在精細(xì)化工合成中的價(jià)值分析

方標(biāo)+倪越彪

摘要：新時(shí)期背景下，在催化劑行業(yè)發(fā)展過(guò)程中，固體酸催化劑占據(jù)重要地位，而離子交換樹(shù)脂催化劑則是其中應(yīng)用最為廣泛的一種類(lèi)型。離子交換樹(shù)脂本身特性較為特殊，強(qiáng)酸強(qiáng)堿、屬于大孔結(jié)構(gòu)，為此，將其應(yīng)用在酸性與堿性催化反應(yīng)當(dāng)中具有較為明顯的效果。文章將交換樹(shù)脂催化劑作為重點(diǎn)研究對(duì)象，并闡述了在精細(xì)化工合成中的實(shí)踐運(yùn)用價(jià)值，以期有所幫助。

關(guān)鍵詞：交換樹(shù)脂催化劑；精細(xì)化工合成；價(jià)值；分析

離子交換數(shù)值本身屬于不溶性的高分子，其屬于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且?guī)в泄倌軋F(tuán)，通常情況下以球形顆粒物為主要形態(tài)呈現(xiàn)出來(lái)。而離子交換樹(shù)脂特性與類(lèi)別則受到化學(xué)活性基團(tuán)而決定，通常情況下，可以按照基體類(lèi)型將離子交換樹(shù)脂細(xì)化成苯乙烯系樹(shù)脂與丙烯酸系樹(shù)脂兩種，而類(lèi)別則主要是陽(yáng)離子樹(shù)脂與陰離子樹(shù)脂。其中，前者能夠與溶液當(dāng)中的陽(yáng)離子完成交換，而后者則能夠與溶液當(dāng)中的陰離子實(shí)現(xiàn)交換。

一、離子交換樹(shù)脂催化劑類(lèi)型劃分

（一）強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂

一般來(lái)講，在強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂當(dāng)中包含了諸多強(qiáng)酸性基團(tuán)，并且很容易在溶液當(dāng)中分離氫離子，因而具有明顯的酸性特征[1]。當(dāng)溶液中的數(shù)值離解以后，且本體所包含的負(fù)電基團(tuán)能夠?qū)θ芤寒?dāng)中的陽(yáng)離子進(jìn)行吸附，最終有效交換樹(shù)脂當(dāng)中的氫離子與溶液當(dāng)中陽(yáng)離子。而強(qiáng)酸性樹(shù)脂本身的離解能力較強(qiáng)，因而在酸性與堿性溶液當(dāng)中都能夠發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)。在對(duì)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂使用一段時(shí)間以后需進(jìn)行再生處理，以保證在化學(xué)藥品的作用下能夠保證離子交換反應(yīng)可以向著反方向進(jìn)行。這樣一來(lái)，樹(shù)脂官能團(tuán)則能夠恢復(fù)至原有狀態(tài)，便于進(jìn)行重復(fù)利用。

（二）弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂

在弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂當(dāng)中包含了大量的弱酸性集團(tuán)，也能夠在溶液當(dāng)中將氫離子離解出來(lái)。而其離子交換以及強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂工作的原理相同，最明顯的差異就是其酸性要弱一些。如果處于PH值相對(duì)較小的狀態(tài)下，離子交換的可能性不大，只能夠在重型、微酸性亦或是堿性溶液當(dāng)中才能夠發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)，而保證在酸的作用下實(shí)現(xiàn)再生目的[2]。

（三）強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂

在強(qiáng)堿性離子樹(shù)脂當(dāng)中包含了強(qiáng)堿性集團(tuán)，能夠?qū)⑺?dāng)中所含有的氫氧根離子離解出來(lái)，并且以酸性狀態(tài)呈現(xiàn)出來(lái)。其本體本身攜帶正電基團(tuán)，能夠與溶液當(dāng)中所含有的陰離子進(jìn)行吸附與結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)與陰離子的離子交換目標(biāo)。而強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂本身的離解性較為明顯，所以處于任何PH值條件下都能夠完成離子的交換目標(biāo)，隨后會(huì)在強(qiáng)堿的作用下實(shí)現(xiàn)再生。

（四）弱堿性陰離子樹(shù)脂

在弱堿性陰離子樹(shù)脂當(dāng)中包含了眾多弱堿性基團(tuán)，而且能夠在水中將氫氧根離子有效地離解出來(lái)，以弱堿性的特征呈現(xiàn)出來(lái)。其本體攜帶了正電基團(tuán)，能夠與溶液當(dāng)中的陰離子進(jìn)行吸附并結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)陰離子的交換。但是，弱堿性陰離子樹(shù)脂只能夠在中性亦或是酸性狀態(tài)之下實(shí)現(xiàn)離子交換的目標(biāo)，并且通過(guò)碳酸鈉實(shí)現(xiàn)再生目標(biāo)。

二、強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂催化劑在精細(xì)化工合成中的實(shí)踐應(yīng)用

（一）酯化反應(yīng)中的應(yīng)用

受強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂的催化影響，酸與醇會(huì)發(fā)生反應(yīng)進(jìn)而形成脂。在反應(yīng)過(guò)程中，對(duì)于溫度的要求并不高，而且副反應(yīng)也相對(duì)較少，具有極強(qiáng)的反應(yīng)產(chǎn)率。其中，在常壓條件之下，乙酸與甲醇能夠在35-50攝氏度的溫度下發(fā)生催化酯化的反應(yīng)[3]。開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，大孔網(wǎng)絡(luò)型的離子交換樹(shù)脂會(huì)較大程度地影響酯化反應(yīng)的催化作用，因而，受強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂催化的影響，使得酯化反應(yīng)的幾率相對(duì)較大。

如果是在氣相條件下，酸與醇發(fā)生酯化反應(yīng)，那么所需具備的反應(yīng)條件相對(duì)溫和。特別是強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂催化基礎(chǔ)上的乙酸與乙醇酯化反應(yīng)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于低交聯(lián)狀態(tài)之下，大孔型離子交換樹(shù)脂與凝膠型離子交換樹(shù)脂催化的活性相當(dāng)，而前者催化的性能是21.36千焦/摩爾，后者催化的性能是20.92千焦/摩爾。對(duì)于液相當(dāng)中的酯化反應(yīng)，在將強(qiáng)酸性離子樹(shù)脂當(dāng)作催化劑使用的過(guò)程中，應(yīng)適當(dāng)?shù)丶尤朊撍畡?，有效地增?qiáng)酯化反應(yīng)實(shí)際產(chǎn)率。

（二）低聚反應(yīng)中的應(yīng)用

把大孔型強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂當(dāng)作催化劑使用，比較常見(jiàn)的低聚反應(yīng)包含了苯乙烯低聚反應(yīng)與異丁烯二聚化、三聚化反應(yīng)[4]。在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究的過(guò)程中，這種類(lèi)型的強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂具有較強(qiáng)的催化活性，而且其他的復(fù)合類(lèi)型催化劑催化的活性應(yīng)高于強(qiáng)酸性的離子樹(shù)脂。然而，這種類(lèi)型催化劑在制作過(guò)程中所采用的制作工藝相對(duì)復(fù)雜，一定程度上增加其自身價(jià)格。與此同時(shí)，該類(lèi)型的離子交換樹(shù)脂不僅催化活性增強(qiáng)，同樣也節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本。而在縮合反應(yīng)、重排反應(yīng)以及開(kāi)環(huán)環(huán)化反應(yīng)中，強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂所產(chǎn)生的催化作用都十分理想。

（三）水解反應(yīng)中的應(yīng)用

對(duì)于有機(jī)物合成反應(yīng)來(lái)說(shuō)，一般情況下會(huì)在乙二醇與醛的反應(yīng)基礎(chǔ)上，使乙縮醛更好地保護(hù)醛基。在反應(yīng)結(jié)束后，需通過(guò)乙縮醛保護(hù)反應(yīng)獲取高產(chǎn)率醛類(lèi)有機(jī)化合物。而受到大孔型強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂的催化作用，產(chǎn)生醇脫水反應(yīng)，而且在超臨界流體化環(huán)境下，使醇可以連續(xù)不間斷地進(jìn)行脫水反應(yīng)，最終生成乙縮醛、醚以及縮酮。這種方式所形成的脫水反應(yīng)而生成的直鏈烷基醚選擇性較高，且重排的產(chǎn)物量并不多。若催化劑選擇為 ，在磷酸烯醇丙酮酸二甲酯水解反應(yīng)之下，所生成的磷酸烯醇丙酮酸單鈉鹽單水產(chǎn)物，且實(shí)際的純度在98%，同時(shí)產(chǎn)率超過(guò)80%。如果催化劑采用的是常規(guī)類(lèi)型，那么生成的產(chǎn)物純度僅為78%，實(shí)際的反應(yīng)產(chǎn)率只有68%[5]。

（四）烷基化反應(yīng)中的應(yīng)用

通過(guò)烷基化反應(yīng)能夠生成芳香族化合物，一般來(lái)講，會(huì)受到路易斯酸與布朗斯特酸的催化作用，使得烷基化試劑能夠與醇有效反應(yīng)。當(dāng)苯與丙烯亦或是乙烯發(fā)生烷基化反應(yīng)的基礎(chǔ)上，會(huì)生成異丙基苯與乙苯。目前階段，大孔型強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂類(lèi)型催化劑被應(yīng)用在有機(jī)反應(yīng)當(dāng)中，而且選擇性與活潑性特點(diǎn)明顯。受大孔型強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂的催化作用影響所形成的苯酚烷基化反應(yīng)可以生成單烷基化產(chǎn)物與直鏈烷基取代物，實(shí)際的產(chǎn)率也相對(duì)較高。由于苯酚苯環(huán)可以與苯乙烯、甲基乙烯基酮以及異丁烯形成烷基化反應(yīng)，所以生成的頑疾能夠替代苯酚。在此反應(yīng)當(dāng)中，一般采用的催化劑都是強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，根據(jù)以上分析與研究可以發(fā)現(xiàn)，離子交換樹(shù)脂本身屬于全新的酯化催化劑，其未來(lái)發(fā)展前景也較為廣闊。因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)獨(dú)特，所以和溶液當(dāng)中離子的結(jié)合更加容易，實(shí)現(xiàn)了催化活性的有效增強(qiáng)，同樣也使得離子交換樹(shù)脂實(shí)際的應(yīng)用范圍不斷拓展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭樂(lè)友，張永釵，李佐政等.交換樹(shù)脂催化劑在精細(xì)化工合成中的應(yīng)用分析[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2015（5）：148-148.

[2] 張國(guó)棟，孫倩.交換樹(shù)脂催化劑在精細(xì)化工合成中的應(yīng)用思考[J].化工管理，2015（32）：188.

[3] 周騰騰.交換樹(shù)脂催化劑在精細(xì)化工合成中的應(yīng)用[J].化工管理，2016（10）：95-96.

[4] 梁紅冬.強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂催化合成丙二醇乙醚乙酸酯[J].精細(xì)化工中間體，2016，46（6）：64-66.

[5] 楊雪云，王祚芳，周建等.大孔強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂催化合成3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷[J].聚氨酯工業(yè)，2014（3）：14-16，20.endprint