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碳酸二月桂酯(DDC)具有较低的倾点、良好的润滑性、耐磨性、自清洁性、耐腐蚀性与较高的热氧化稳定性,是一种很好的润滑油基础油。碳酸二甲酯(DMC)和月桂醇酯交换制备DDC是最具有应用前景的DDC清洁生产工艺路线。本文主要研究了负载型固体碱催化剂在DMC和月桂醇酯交换反应中的催化性能,并利用XRD、FT-IR、TG、SEM、TEM、BET等手段研究了催化剂的结构与反应性能之间的关系,探讨了催化剂的失活原因,还对碳酸二月桂酯的润滑性能进行了评价。
通过将不同钾物种(KOH、KNO3和K2CO3)负载于介孔分子筛HMS上制得了负载型的固体碱,在这些催化剂中,KNO3/HMS对DMC与月桂醇酯交换反应显示出良好的初活性。结构表征发现,负载KNO3后,载体HMS仍保持着良好的介孔结构。KNO3/HMS在焙烧温度为600℃,KNO3负载量为13%,原料配比n(DoOH):n(DMC)为4:1,催化剂用量为反应物总质量的0.75%,反应时间为4h,DMC开始滴加温度为140℃时,DMC的转化率和DDC的选择性分别为81.9%和99.5%。KNO3/HMS催化剂在重复使用过程中活性明显下降,研究发现,在重复使用过程中催化剂的介孔结构坍塌,结构发生了变化,是催化剂活性降低的主要原因。
通过将KF负载在Al2O3、CaO、MgO、TiO2及ZnO等不同氧化物载体上,并将其首次应用于碳酸二甲酯与月桂醇的酯交换反应中,发现KF/MgO是一个良好的酯交换反应催化剂,具有较高初活性。对催化剂的表征发现,催化剂在制备过程中KF与载体MgO发生了反应,生成新的晶相K2MgF4,并有K2CO3生成,催化剂具有较高的DMC转化率和DDC的选择性是K2MgF4和K2CO3共同作用的结果。在焙烧温度为600℃,KF负载量为30%,原料的配比n(DoOH):n(DMC)=4:1,催化剂用量为反应物总质量的0.75%,反应时间为4h时,DDC的收率和选择性分别为86.2%和99.4%。KF/MgO催化剂在重复使用过程中DDC的选择性明显下降,研究发现,K2CO3在使用过程中流失是导致此现象的主要原因。
通过将KOH负载在NaX、Al2O3、4A分子筛和5A分子筛不同的载体上制备了固体碱催化剂,将其应用于DMC与月桂醇的酯交换反应中,发现KOH/4A催化剂有最佳的催化活性。对催化剂进行表征,发现在制备过程中KOH的负载使载体4A分子筛结构受到了一定的破环,并有KAlSiO4生成,该新相KAlSiO4是催化剂的主要活性组分。在原料的摩尔配比n(DoOH):n(DMC):4:1,催化剂用量为反应物总质量的1.0%,反应时间为4h时,DMC的转化率和DDC的选择性分别为86.4%和99.3%。同时发现KOH/4A催化剂具有良好的稳定性,催化剂在使用四次后,DMC的转化率和DDC的选择性下降约3%。
本文对碳酸二月桂酯的基本理化性能及作为润滑油基础油的特殊性能进行了测试,测试结果发现,碳酸二月桂酯与双异十三醇碳酸酯以及其他合成酯类润滑油相比较,除低温性能稍差外,具有粘度小,粘度指数高,及高的闪点,并且腐蚀性小,具有优异的润滑性能和热安定性,适于用作高端的润滑油基础油。