微通道反应器内二取代芳烃的硝化反应研究

• 作 者: 汪欢
• 出 处: 南京理工大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 微反应器 二取代芳烃 动力学 表面活性剂 三氟甲磺酸稀土金属盐 离子液体 反应机理

芳烃的硝化反应一直存在着很多问题,例如安全性比较差,废物污染严重等。利用微反应器技术,以其良好的传质传热能力和高效的流体混合能力,来实现芳烃的绿色硝化。同时尝试将均相催化体系运用到微反应器中二取代芳烃的硝化反应中。(1)重点研究了以邻二甲苯为硝化底物,在硝酸体系下微反应系统内邻二甲苯的硝化工艺。通过对反应温度、反应时间、反应物用量等因素的考察,总结出了在微通道反应器内邻二甲苯的最佳硝化工艺条件：邻二甲苯与硝酸的摩尔比为1：2,反应温度为60℃,微通道内液体的停留时间控制在48-64s,此时邻二甲苯的转化率达80%以上,反应的选择性在99.4%以上,p/o值为1.23。微反应系统中邻二甲苯的硝化动力学方程为：r=9.178×102xexp(-3630/T)×([HN03-]-12)。(2)分别将表面活性剂,三氟甲磺酸稀土金属盐,离子液体作为催化剂与微反应系统结合,在前期实验结果的基础上,重点从反应物的转化率、产物的选择性和催化剂的循环利用等角度考察了新的反应催化体系在微通道反应器中的应用。在表面活性剂催化下,邻二甲苯转化率达到93%,p/o值达到了2.87；在三氟甲酸稀土金属盐催化下,邻二甲苯转化率达到98%,p/o值为1.56；在离子液体催化下,邻二甲苯转化率达到96%,p/o值为1.81；同时将这些催化工艺运用到其他二取代芳烃的硝化中,发现芳烃的转化率和反应选择性相比于常规反应器,都得到了一定程度的提高。从NO2+理论出发,研究了催化体系中的硝化反应机理,为绿色硝化技术的工业化应用提供有价值的理论基础。