催化加氢在化学化工的应用

2020-06-21凌鑫陈志文

科学导报·学术 2020年69期

关键词：催化剂

凌鑫陈志文

【摘要】介绍了催化加氢在化学化工中的应用，并提出了加氢催化剂的分类和催化加氢的意义。

【关键词】催化加氢应用;催化剂;催化加氢意义

中图分类号：TQ201 文献标识码：A

近几年我国催化加氢技术在技术开发与推广使用上都有重大突破，已在化学化工生产上得到广泛应用。本文主要介绍了催化加氢的应用，加氢催化剂的分类及催化加氢的意义。

1催化加氢技术应用

1.1合成防老剂4030

防老剂4030是一种极佳的静态抗老化防护剂，在橡胶行业中具有广泛的应用，但国内对其研究和生产鲜有报道【1】，主要原因在于原料对苯二胺的沸点较低，易升华，若采用常规催化剂，需要较高的反应温度和反应压力，铂系催化剂兼具高活性和高选择性，在催化合成领域内具有明显的优势。用铂/碳催化剂作为防老剂4030加氢缩合反应的催化剂，将5-甲基-2-己酮和PPD按一定比例加至500 mL的高压釜，加入设定量的催化剂，密封高压釜，然后依次用氮气和氢气置换3次。通入氢气至设定压力后开启搅拌，加热至设定温度后开始反应。反应结束后，过滤含催化剂的反应混合液，用少量乙醇洗涤催化剂以重复使用。混合液在氮气保护下，采用减压蒸馏以回收未反应的5-甲基-2-己酮，剩下的液体即为防老剂4030。

1.2 合成2，5-二氨基甲苯

2，5二氨基甲苯广泛应用于医药中间体、染发剂、高分子材料等领域，可作为助剂应用在膜处理领域。在以聚酰胺为材料的复合膜材料反渗透处理系统中，以2，5-二氨基甲苯作为助剂来提升膜的相关物性参数中;在染发领域中，以2，5二氨基甲苯为中间原料合成高档化妆品中的新色素或添加成分。利用催化加氢的方法可以合成2，5-二氨基甲苯，在100mL不锈钢高压釜中放入转子，依次加人2-氨基偶氮甲苯4 g.5% Pd/MC催化剂0.04 g，溶剂为甲醇-水40 mL（体积比3：7），用NaOH调节pH值至8，然后封釜并检漏。用氢气置换3次，打开磁力搅拌器，通人氢气，以15 C/min的升温速率升至80 C，将反应压力补充至规定压力。反应过程中注意需要补充消耗的氢气。

1.3 制备苯并三氮唑类紫外吸收剂UV-p

催化加氢法制备UV-P，因反应快、三废排放少、生产成本低，是一种绿色清洁高效的制备方

法【2】。将适量氢氧化钠溶于适量去离子水和适量乙醇后，倒人200 mL高压釜中，加入2 g偶氦染料，适量催化剂。用氮气置换3次，氢气置换3次。加热升温，并调节搅拌转速。待反应结束，冷至室温，开釜取出液体，过滤催化剂，并用浓硫酸调节pH到3。过滤得沉淀，用甲醇洗涤滤饼，并在60°C干燥，称重。取少量样品溶于甲醇中，用高效液相色谱分析产物组成。各组分相对含量都是采用液相色谱面积归化法计算得到。

1.4苯胺催化加氢制环己胺

主要方法是新氢（或苯胺装置尾氢）和循环氢经换热后，与预热后的苯胺按13 ～ 20：1（物质的量之比）混合，进入苯胺汽化过热器，气态苯胺和氢气一同進入装有钴催化剂的立式多管固定床加氢反应器内进行加氢反应。控制反应热点温度为160 9C～175 C，压力为25-50 kPa，空速为0.1～0.25hr。反应后的混合气体从固定床顶部逸出后经换热移走-部分热量后再进人冷凝器，实现气液分离。冷凝液经冷却后进人环已胺粗品罐【3】。

2.催化剂

催化剂是影响加氢还原反应的主要因素。催化剂多选用Pd/C、Pt/C、骨架镍等。当加氢还原使用催化剂镍效果不佳时，可以选择贵金属催化剂钯、铂，以碳为载体。

2.1钯系催化剂

制备钯催化剂方法：先将氯化钯溶解在0.1 mol/L的盐酸溶液中，用计量的活性炭加到氯化钯的水溶液中。使钯充分浸到活性炭上，在110 °C下干燥。用氢气在100-300 C下还原，或者浸渍后.直接用甲醛、苯肼等还原剂还原，该方法也适用于大多数贵金属催化剂的制备。

2.2铂系催化剂

制备PtO2催化剂方法：制备方法为将氯铂酸溶于水中。加入过量的硝酸钠。烘干后迅速加热到350°C，发生熔融和分解，产生二氧化氮气体时出现褐色沉淀，再升高温度至500-550°C，分解结束，冷却产生二氧化铂加氢催化剂。Pt/C催化剂制备方法：先用少量水将活性炭湿润，再加入氯铂酸水溶液，在50 C下.浸渍4 h;冷却后加入碳酸钠水溶液到碱性。随后一面搅拌，一面滴加肼的水溶液;加入过量的肼后，在水浴上加热1-2 h使氯铂酸还原;还原结束后，过滤，水洗后在干燥器中真空干燥。

2.3 活性炭/载体

活性炭虽然被称为载体，但具有催化和助催化能力，因此对活性炭要求较高，对其加工选材都非常有讲究，活性炭不能混有机械杂质、盐以及未被碳化的松香类胶质等。材料- -般选择硬质木、果核等。另外作为载体或助催化剂的还有硫酸钡、碳酸钙、氧化铝等。可弥补活性炭的一些不足。

3.催化加氢的意义

（1）催化加氢--般生成产物和水，不会生成其他副产物（副反应除外），具有很好的原子经济性。绿色化学是当今科研和生产的世界潮流，我国已在重大科研项目研究的立项上向这个方向倾斜。（2）产品收率高、质量好。普通的加氢反应副反应很少，因此产品的质量很高。（3）反应条件温和。（4）设备通用性强。

4.结语

催化加氢技术在精细化工生产中具有连续性操作、污染小、生产环境好等优点。但本工艺对氢源要求高、催化剂比较复杂甚至比较昂贵。因此应寻找良好催化效果的非贵金属催化剂，催化加氢还原工艺还应进一步改进和完善。但应该承认加氢催化在化学化工生产中是很有发展前途的。

参考文献：

[1]崔玉花，昧雪盖，崔玉.生声橡胶防老剤4030的催化剤的研制[J].山末化工，2015，44（6）：25 - 27.

[2]司磊磊，苯并三唑类紫外线吸收剂的合成研究[D].天津：天津大学，2017.

[3]严菁.苯胺气相常压加氢制环己胺催化剂的研究[D].天津：天津大学，2001

作者简介：

陈志文（1999.11.16），男，壮族，广西壮族自治区梧州岑溪市人，广西大学化学化工学院，18级在读本科生，本科学位，专业：化学工程与工艺;