芳香羧酸化合物在常见有机溶剂中的相平衡研究

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芳香羧酸化合物是工业中必不可少的基础化工产品,也是有机酸类化合物中重要的组成部分,它们在食品、药品和服饰等其他生活方面有着极其广泛的应用。常见的芳香羧酸化合物有苯甲酸、苯二甲酸异构体、甲基苯甲酸异构体、甲基硝基苯甲酸异构体与均苯三甲酸等。在芳香羧酸的工业生产中,为了得到较高纯度的芳香羧酸化合物,需要对反应的产物进行提纯分离,而溶剂结晶法有着简便高效、操作条件温和和环境友好的特点,因此成为工业中常用的分离方法。而选取合适的结晶溶剂是溶剂结晶法中至关重要的一步,在本文中选取了一些常见溶剂作为可能应用的结晶溶剂,而芳香羧酸在这些常见的有机溶剂中的溶解度数据则成为选取结晶溶剂的关键依据。因此本文测定了芳香羧酸化合物在常见的有机溶剂中的固液相平衡数据,为分离过程的设计和溶剂回收等过程提供理论数据,并利用热力学模型对所测定的数据进行关联。其主要内容包括如下:1.采用合成法测定了芳香羧酸化合物在常见有机溶剂中的溶解度:(1)苯甲酸在乙二醇、二乙二醇丁醚、正辛烷、二乙二醇、N,N-二甲基乙酰胺、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、丙酸、环己酮、十氢萘与环丁砜中的溶解度;(2)对苯二甲酸在N-甲基甲酰胺、N-甲基甲酰苯胺与异辛醇中的溶解度;(3)间苯二甲酸在甲醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、正辛醇、异辛醇、乙二醇、二乙二醇、丙酸、N-甲基甲酰胺、N-甲基甲酰苯胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜与环丁砜中的溶解度;(4)邻苯二甲酸在正丙醇、异辛醇、丙酸、N-甲基甲酰胺、N-甲基甲酰苯胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮与乙腈中的溶解度;(5)对甲基苯甲酸在正丙醇、异辛醇、N-甲基甲酰胺、N-甲基甲酰苯胺、四氢呋喃、二甲基亚砜与环己酮中的溶解度;(6)间甲基苯甲酸在甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异辛醇、乙二醇、二乙二醇、丙酸、N-甲基甲酰胺、N-甲基甲酰苯胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮、环己酮、N-甲基吡咯烷酮、环丁砜、乙腈与四氢呋喃中的溶解度;(7)邻甲基苯甲酸在乙醇、正丙醇、正丁醇、异辛醇、丙酸、N-甲基甲酰胺、N-甲基甲酰苯胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、环己酮、N-甲基吡咯烷酮与四氢呋喃中的溶解度;(8)3-甲基-2-硝基苯甲酸、3-甲基-4-硝基苯甲酸及3-甲基-6-硝基苯甲酸在正丁醇、异丁醇、叔丁醇与仲丁醇中的溶解度;(9)均苯三甲酸在N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基甲酰胺、N-甲基甲酰苯胺、正丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、叔戊醇、异辛醇与正辛醇中的溶解度。2.在相平衡数据的基础上,通过范特霍夫方程计算芳香羧酸化合物在各溶剂中的热力学函数,并通过焓、熵和吉布斯自由能说明了每种体系中的溶解行为,在本文研究范围内,芳香羧酸化合物在每种溶剂中的溶解过程中,7)和7)都为正值,表明其溶解过程是吸热且不是自发的;在各溶剂中的ζ%是大于ζ%,所以焓主要对芳香羧酸的吉布斯自由能变化作出贡献;在大部分体系中,溶解过程的标准摩尔熵为正值,表明熵是这些芳香羧酸体系溶解的驱动力;另外,芳香羧酸在溶剂中的溶解度大小与吉布斯自由能值呈反比。3.采用λh、Apelblat和NRTL热力学模型对所实验测定得到的芳香羧酸在各溶剂中的溶解度数据进行关联,并且计算出相应的平均相对偏差(ARD),同时得到三个模型在每个体系中的相关模型参数,并通过应用Akaike信息准则(AIC)为芳香羧酸化合物在各溶剂中的溶解度选择最合适的关联模型。4.采用了UNIFAC(Dortmund)模型,并应用定位基团p-ACCOOH、m-ACCOOH和o-ACCOOH来关联甲基苯甲酸在各种溶剂中的溶解度,得到了这三个基团与溶剂所构成基团的二元交互作用参数,并将UNIFAC(Dortmund)模型关联得到的结果与实验数据进行比较,所得的平均相对偏差为2.84%,表明了此模型适用于关联甲基苯甲酸异构体在各溶剂中的溶解度,同时也说明了这三个基团有效地预测和区别芳香羧酸同分异构体的热力学性质。
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