催化加氫在化學(xué)化工的應(yīng)用

凌鑫 陳志文

【摘 要】介紹了催化加氫在化學(xué)化工中的應(yīng)用，并提出了加氫催化劑的分類(lèi)和催化加氫的意義。

【關(guān)鍵詞】催化加氫應(yīng)用;催化劑;催化加氫意義

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ201 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

近幾年我國(guó)催化加氫技術(shù)在技術(shù)開(kāi)發(fā)與推廣使用上都有重大突破，已在化學(xué)化工生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。本文主要介紹了催化加氫的應(yīng)用，加氫催化劑的分類(lèi)及催化加氫的意義。

1催化加氫技術(shù)應(yīng)用

1.1合成防老劑4030

防老劑4030是一種極佳的靜態(tài)抗老化防護(hù)劑，在橡膠行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，但國(guó)內(nèi)對(duì)其研究和生產(chǎn)鮮有報(bào)道【1】，主要原因在于原料對(duì)苯二胺的沸點(diǎn)較低，易升華，若采用常規(guī)催化劑，需要較高的反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力，鉑系催化劑兼具高活性和高選擇性，在催化合成領(lǐng)域內(nèi)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。用鉑/碳催化劑作為防老劑4030加氫縮合反應(yīng)的催化劑，將5-甲基-2-己酮和PPD按一定比例加至500?mL的高壓釜，加入設(shè)定量的催化劑，密封高壓釜，然后依次用氮?dú)夂蜌錃庵脫Q3次。通入氫氣至設(shè)定壓力后開(kāi)啟攪拌，加熱至設(shè)定溫度后開(kāi)始反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，過(guò)濾含催化劑的反應(yīng)混合液，用少量乙醇洗滌催化劑以重復(fù)使用?；旌弦涸诘?dú)獗Ｗo(hù)下，采用減壓蒸餾以回收未反應(yīng)的5-甲基-2-己酮，剩下的液體即為防老劑4030。

1.2 合成2，5-二氨基甲苯

2，5二氨基甲苯廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥中間體、染發(fā)劑、高分子材料等領(lǐng)域，可作為助劑應(yīng)用在膜處理領(lǐng)域。在以聚酰胺為材料的復(fù)合膜材料反滲透處理系統(tǒng)中，以2，5-二氨基甲苯作為助劑來(lái)提升膜的相關(guān)物性參數(shù)中;在染發(fā)領(lǐng)域中，以2，5二氨基甲苯為中間原料合成高檔化妝品中的新色素或添加成分。利用催化加氫的方法可以合成2，5-二氨基甲苯，在100mL不銹鋼高壓釜中放入轉(zhuǎn)子，依次加人2-氨基偶氮甲苯4?g.5%?Pd/MC催化劑0.04?g，溶劑為甲醇-水40?mL（體積比3：7），用NaOH調(diào)節(jié)pH值至8，然后封釜并檢漏。用氫氣置換3次，打開(kāi)磁力攪拌器，通人氫氣，以15?C/min的升溫速率升至80?C，將反應(yīng)壓力補(bǔ)充至規(guī)定壓力。反應(yīng)過(guò)程中注意需要補(bǔ)充消耗的氫氣。

1.3 制備苯并三氮唑類(lèi)紫外吸收劑UV-p

催化加氫法制備UV-P，因反應(yīng)快、三廢排放少、生產(chǎn)成本低，是一種綠色清潔高效的制備方

法【2】。將適量氫氧化鈉溶于適量去離子水和適量乙醇后，倒人200?mL高壓釜中，加入2?g偶氦染料，適量催化劑。用氮?dú)庵脫Q3次，氫氣置換3次。加熱升溫，并調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速。待反應(yīng)結(jié)束，冷至室溫，開(kāi)釜取出液體，過(guò)濾催化劑，并用濃硫酸調(diào)節(jié)pH到3。過(guò)濾得沉淀，用甲醇洗滌濾餅，并在60°C干燥，稱(chēng)重。取少量樣品溶于甲醇中，用高效液相色譜分析產(chǎn)物組成。各組分相對(duì)含量都是采用液相色譜面積歸化法計(jì)算得到。

1.4苯胺催化加氫制環(huán)己胺

主要方法是新氫（或苯胺裝置尾氫）和循環(huán)氫經(jīng)換熱后，與預(yù)熱后的苯胺按13?～?20：1（物質(zhì)的量之比）混合，進(jìn)入苯胺汽化過(guò)熱器，氣態(tài)苯胺和氫氣一同進(jìn)入裝有鈷催化劑的立式多管固定床加氫反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行加氫反應(yīng)?？刂品磻?yīng)熱點(diǎn)溫度為160?9C～175?C，壓力為25-50?kPa，空速為0.1～0.25hr。反應(yīng)后的混合氣體從固定床頂部逸出后經(jīng)換熱移走-部分熱量后再進(jìn)人冷凝器，實(shí)現(xiàn)氣液分離。冷凝液經(jīng)冷卻后進(jìn)人環(huán)已胺粗品罐【3】。

2.催化劑

催化劑是影響加氫還原反應(yīng)的主要因素。催化劑多選用Pd/C、Pt/C、骨架鎳等。當(dāng)加氫還原使用催化劑鎳效果不佳時(shí)，可以選擇貴金屬催化劑鈀、鉑，以碳為載體。

2.1鈀系催化劑

制備鈀催化劑方法：先將氯化鈀溶解在0.1?mol/L的鹽酸溶液中，用計(jì)量的活性炭加到氯化鈀的水溶液中。使鈀充分浸到活性炭上，在110?°C下干燥。用氫氣在100-300?C下還原，或者浸漬后.直接用甲醛、苯肼等還原劑還原，該方法也適用于大多數(shù)貴金屬催化劑的制備。

2.2鉑系催化劑

制備PtO2催化劑方法：制備方法為將氯鉑酸溶于水中。加入過(guò)量的硝酸鈉。烘干后迅速加熱到350°C，發(fā)生熔融和分解，產(chǎn)生二氧化氮?dú)怏w時(shí)出現(xiàn)褐色沉淀，再升高溫度至500-550°C，分解結(jié)束，冷卻產(chǎn)生二氧化鉑加氫催化劑。Pt/C催化劑制備方法：先用少量水將活性炭濕潤(rùn)，再加入氯鉑酸水溶液，在50?C下.浸漬4?h;冷卻后加入碳酸鈉水溶液到堿性。隨后一面攪拌，一面滴加肼的水溶液;加入過(guò)量的肼后，在水浴上加熱1-2?h使氯鉑酸還原;還原結(jié)束后，過(guò)濾，水洗后在干燥器中真空干燥。

2.3?活性炭/載體

活性炭雖然被稱(chēng)為載體，但具有催化和助催化能力，因此對(duì)活性炭要求較高，對(duì)其加工選材都非常有講究，活性炭不能混有機(jī)械雜質(zhì)、鹽以及未被碳化的松香類(lèi)膠質(zhì)等。材料-?-般選擇硬質(zhì)木、果核等。另外作為載體或助催化劑的還有硫酸鋇、碳酸鈣、氧化鋁等?？蓮浹a(bǔ)活性炭的一些不足。

3.催化加氫的意義

（1）催化加氫--般生成產(chǎn)物和水，不會(huì)生成其他副產(chǎn)物（副反應(yīng)除外），具有很好的原子經(jīng)濟(jì)性。綠色化學(xué)是當(dāng)今科研和生產(chǎn)的世界潮流，我國(guó)已在重大科研項(xiàng)目研究的立項(xiàng)上向這個(gè)方向傾斜。（2）產(chǎn)品收率高、質(zhì)量好。普通的加氫反應(yīng)副反應(yīng)很少，因此產(chǎn)品的質(zhì)量很高。（3）反應(yīng)條件溫和。（4）設(shè)備通用性強(qiáng)。

4.結(jié)語(yǔ)

催化加氫技術(shù)在精細(xì)化工生產(chǎn)中具有連續(xù)性操作、污染小、生產(chǎn)環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)。但本工藝對(duì)氫源要求高、催化劑比較復(fù)雜甚至比較昂貴。因此應(yīng)尋找良好催化效果的非貴金屬催化劑，催化加氫還原工藝還應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)和完善。但應(yīng)該承認(rèn)加氫催化在化學(xué)化工生產(chǎn)中是很有發(fā)展前途的。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔玉花，昧雪蓋，崔玉.生聲橡膠防老剤4030的催化剤的研制[J].山末化工，2015，44（6）：25?-?27.

[2]司磊磊，苯并三唑類(lèi)紫外線(xiàn)吸收劑的合成研究[D].天津：天津大學(xué)，2017.

[3]嚴(yán)菁.苯胺氣相常壓加氫制環(huán)己胺催化劑的研究[D].天津：天津大學(xué)，2001

作者簡(jiǎn)介：

陳志文（1999.11.16），男，壯族，廣西壯族自治區(qū)梧州岑溪市人，廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，18級(jí)在讀本科生，本科學(xué)位，專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝;

凌鑫（1998.6.9），男，漢族，廣西壯族自治區(qū)玉林市博白縣人，廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，18級(jí)在讀本科生，本科學(xué)位，專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝。

（作者單位：廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院）