直接偶联合成2,2’-联吡啶连续化反应装置及工艺研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:skywateren
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2,2’-联吡啶是一种十分重要的吡啶衍生物,它不但在涂料、螯合剂和油漆等方面广泛应用,而且还是合成医药以及农药的重要中间体,特别是应用于合成敌草快。由于国内外对2,2’-联吡啶的需求量越来越大,开展2,2’-联吡啶绿色生产技术,具有巨大工业价值和重要社会意义。目前现有的吡啶直接偶联合成2,2’-联吡啶的方法是以无水雷尼镍为催化剂,应用常规固定床反应器连续化合成,其存在单程转化率低,生产能力低等缺陷;此外所用的无水雷尼镍催化剂中镍含量均高达50%以上,极易被氧化和存在一定爆炸危险性。本论文在课题组前期发现纳米合金催化剂能够有效催化吡啶直接偶联合成2,2’-联吡啶的基础上,设计、加工以及组装了一种新型的连续化合成装置,研究直接偶联反应合成2,2’-联吡啶新技术,并通过探究和优化反应工艺条件,进一步筛选催化剂,为2,2’-联吡啶的绿色合成和工业应用提供技术支撑。主要研究内容和结果如下:论文中设计和组装的固定床反应装置,应用双金属纳米合金催化剂M1-M2/Al2O3,研究直接偶联合成2,2’-联吡啶技术。该反应装置中设有膜分离氢气系统,可以把反应生成的氢气在线分离出去,使偶联反应平衡向产物方向移动,提高吡啶转化率和2,2’-联吡啶收率。在前期利用间歇式反应筛选的纳米合金催化剂M1-M2/Al2O3基础上,确定M1含量为5%和M1:M2=1:3(摩尔比)时,在连续化反应装置中表现出最佳催化活性。对优选的催化剂用XRD、XPS、SEM和TEM等技术来分析表征,发现该催化剂可以形成纳米合金,并利用表征结果建立2,2’-联吡啶的合成和催化剂结构的联系。在筛选的最佳催化剂基础上,我们研究了不同反应工艺条件对直接偶联合成2,2’-联吡啶的影响,并确定了最佳工艺条件。结果表明:反应温度为600℃、预热温度为300℃、反应压力为4 MPa、升温速率为20℃·min-1、载气类型为氮气、载气流量80 mL·min-1、进样速率为5 mL·min-1和催化剂用量为35g的工艺条件下,2,2’-联吡啶收率最高,最高可达18.3%。
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