（应用化学专业论文）235三甲基氢醌合成工艺及其催化剂的研究.pdf

中南工业大学博士论文摘要 摘要 本论文采用负载贵金属催化剂，遥过固定床连续工艺将2 ，3 ，5 - 三甲基苯 醌( t m b q ) 催化加氢合成得到高纯度的v 。中间体q ，3 ，5 - 三甲基氢醌( t m h q ) 。 改变了传统的通过测定固体t m h q 产品的收率及纯度来评价催化剂活性和选 择性的方法，提出了采用气相色谱法直接分析反应液的新方法，所采用的色谱 柱为h p - 1l o m 毛细色谱柱 ， 采用t p r 技术考察了p d o v a 1 2 0 3 、p d o y a 12 0 ，( 含q y z h ) 、p d o s i 0 2 - - a i2 0 3 、 p t 0 2 、f y a 12 0 ，、p t 0 2 - r e 2 0 7 y - a 12 03 、p d o p t 0 2 y a 12 0 ，等催化剂活性组分之间 以及活性组分与载体之间的相互作用，发现催化剂经n a o h 水溶液浸渍或添加了 助剂q y z h 能增强活性组分与载体之间的相互作用，并求算出p d o v a 1 ：o ，( p d 含量为0 5 9 ，) 、p d o s i o a - a 1 2 0 ，( 经n a o h 水溶液浸渍，p d 含量为o 6 6 ， ) 和p d o v a i ：0 ，( 含q y z h ，p d 含量为0 6 9 ，) 的还原活化能j 厂、 通过g c - m s 分析发现，t m b q 或t m h q 脱去一个甲基的反应可能是影响t m h q 产品质量的一个主要副反应 通过实验筛选出了催化剂载体、催化剂焙烧温度、催化剂还原方式、反应 溶剂、催化剂活性组分分布类型等条件：考察了反应物料的空速、氢气分压、加 氢反应温度等条件对p d v a 12 0 3 、p t i 一a t 2 0 3 、p t r e y - a l2 0 3 、p t p d v a 1 1 0 3 等催化剂活性和选择性的影响，评选出了各自比较理想的工艺条件，并对其催 化性能进行了比较 通过对各催化剂稳定性的考察发现，含q y z h 的p d o v a 1 ：0 ，催化剂的稳定 性最佳；对运转前后催化刹的比表面、孔容、活性组分含量、硫含量等进行分析， 发现它们的变化不是影响催化剂稳定性的主要因素，而催化剂中的积炭则可能 是影响其稳定性的主要因素，并且发现负载p d 和负载p t 。不同活性组分的催化 剂对所吸附的含碳化合物的吸附状态可能有所差异。 关键词：2 ，3 ，5 - 三甲基氢醌( t m h q ) ；2 ，3 ，5 一三甲基苯醌( t m b q ) ；负载 贵金属催化剂；固定床连续工艺；加氢合成；催化性能 主塑三些查堂堕主堡塞茎塞塑要 s t u d i e so nt h ep r o c e s sf o rp r e p a r a t i o n o f 2 ，3 ，5 一 t r i m e t h y l h y d r o q u i n o n e a n dc a t a l y s t s q i a nd o n g ( c e n t r a ls o u t hu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y , c h a n g s h a ，h u n a n4 1 0 0 8 3 ，p r c h i n a ) a b s t r a c t i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，2 ，3 ，5 - t r i m e t h y l h y d r o q u i n o n e ( t m h q ) ，a l li n t e r m e d i a t ei nt h e p r e p a r a t i o n o fv i t a m i ne ，w a ss y n t h e s i z e di nh i g hp u r i t yb yc a t a l y t i ch y d r o g e n a t i o no f 2 ，3 ，5 - t r i m e t h y l b e n z o q u i n o n e ( t m b q ) o v e rs u p p o r t e dn o b l em e t a lc a t a l y s t si n f i x e d b e dc o n t i n u o u sp r o c e s s e s t h et r a d i t i o n a la n a l y t i c a lt e s tm e t h o df o rc a t a l y s ta c t i v i t ya n ds e l e c t i v i t yb a s e do n d e t e r m i n i n gt h ey i e l da n dp u r i t yo f s o l i dt m h qw a sr e p l a c e db yan e wm e t h o d ，i n w h i c ht h er e a c t i o n s o l u t i o nw a sd e t e r m i n e dd i r e c t l yb yg a sc h r o m a t o g r a p h yw i t l lah p 一 1 c a p i l l a r yc o l u m n t h ea c t i v e c o m p o n e n t - a c t i v ec o m p o n e n t a n da c t i v e c o m p o n e n t - s u p p o r t i n t e r a c t i o n so f p d o y a 1 2 0 3 ，p d o y a 1 2 0 3 ( c o n t a i n i n gq y z h ) ，p d o s i 0 2 - a 1 2 0 3 ， p r o # y a 1 2 0 3 ，p t 0 2 - r e 2 0 7 y a 1 2 0 3a n dp d o p t 0 2 y a 1 2 0 3c a t a l y s t sw e r e s t u d i e db y t e m p e r a t u r ep r o g r a m m e dr e d u c t i o n ( t p r l i tw a sf o u n dt h a tt h ea c t i v ec o m p o n e n t - s u p p o r ti n t e r a c t i o n s o fn a o hs o l u t i o n i m p r e g n a t e do rq y z h - - c o n t a i n i n gc a t a l y s t s i n c r e a s e da n da c t i v a t i o ne n e r g yo fr e d u c t i o n sf o rp d o y a 1 2 0 3 ( p dc o n t e n t ：0 5 9 ， ) ，p d o s i 0 2 - a 1 2 0 3 ( i m p r e g n a t e db yn a o hs o l u t i o n ，p dc o n t e n t ：0 6 6 ，u ) a n d p d o y a 1 2 0 3 ( c o n t a i n i n gq y z h ，p dc o n t e n t ：o 6 9 ，) w a sc a l c u l a t e d i tw a sf o u n d b yg c m s t h a tt h ed e m e t h y l a t i o no f t m b q o rt m h q c o u l db eo n e o f t h em a i ns i d e - r e a c t i o n st h a ti n f l u e n c e dt h eq u a l i t yo f t m h q t h es u p p o r t so f c a t a l y s t s ，t h ec a l c i n a t i o nt e m p e r a t u r eo fc a t a l y s t s ，t h er e d u c t i o n m e t h o d so f c a t a l y s t s ，t h er e a c t i o ns o l v e n t a n dt h e t y p eo f a c t i v ec o m p o n e n td i s t r i b u t i o n w e r es e l e c t e db ye x p e r i m e n t s t h ee f f e c t so fs o m er e a c t i o nc o n d i t i o n s ，s u c ha st h e s p a c ev e l o c i t yb a s e do n1 m b q ，t h eh y d r o g e np a r t i a lp r e s s u r ea n dt h eh y d r o g e n a t i o n 2 中南工业大学溥士论文英文摘要 t e m p e r a t u r e ，o nt h ea c t i v i t y a n ds e l e c t i v i t yo fp d y - a 1 2 0 ”p t ，y - a 1 2 0 3 p t - r e y - a 1 2 0 3a n dp d - p “y - a 1 2 0 3w e r ei n v e s t i g a t e da n d t h eo p t i o n a lp r o c e s sc o n d i t i o n sw e r e f o u n d m e a n w h i l e t h ec a t a l y t i cp r o p e r t i e so f t h e m 、v e r e c o m p a r e d i tw a sf o u n db yi n v e s t i g a t i o n sf o rc a t a l y s ts t a b i l i t yt h a tt h es t a b i l i t yo fq y z h c o n t a i n i n gp d o v - a 1 2 0 3w a st h eb e s t 1 1 1 ec h a n g e so ft h eb e ts u r f a c ea r e ao f c a t a l y s t s ，t h ep o r ev o l u m eo fc a t a l y s t s ，t h ea c t i v ec o m p o n e n tc o n t e n to fc a t a l y s t sa n d t h es u l p h u rc o n t e n to f c a t a l y s t sb e f o r ea n da f t e ro p e r a t i o n sw e r en o tt h em a i nf a c t o r s t h a tc a u s e dt h ed e c l i n eo ft h es t a b i l i t yo fc a t a l y s t s t h em a i nc a u s ec o u l db et h e d e p o s i t i o no f c o k eo nt h es u r f a c eo fc a t a l y s t s i tw a sa l s of o u n dt h a tt h es t a t eo ft h e c o k ea b s o r b e do nt h es u r f a c eo f s u p p o r t e d p t c a t a l y s t sa n ds u p p o r t e dp dc a t a l y s t sc o u l d b ed i f f c r e n t k e y w o r d s ：2 ，3 ，5 - t r i m e t h y l h y d r o q u i n o n e ( t m h q ) ；2 ，3 ，5 - t r i m e t h y l b e n z o q u i n o n e ( t m b q ) ；s u p p o r t e dn o b l em e t a lc a t a l y s t ；f i x e d b e dc o n t i n u o u sp r o c e s s ； h y d r o g e n a t i o ns y n t h e s i s ；c a t a l y t i cp r o p e r t y 中南工业大学博士论文第1 章 第1 章文献综述 2 ，3 ，5 - 三甲基氢醌( 以下简称t m h q ) ，英文名称为2 ，3 ， t r i m e t h y l h y d r o q u i n o n e 、 2 ，3 ，5 - t r i m e t h y i1 ，4 - b e n z e n e d i o l p s e u d o c u m o h y d r o q u i n o n e 或中一c u m o h y d r o q u i n o n e 化学结构式为： c h t m h q c h 3 c h 3 t m h q 是合成维生素e ( 以下简称v 。) 的重要中间体，构成v 。的主环。 v ；是维持人或动物正常生命不可缺少的物质，长期应用在医药方面作为维持 生殖机能，廷缓衰老，预防心血管、癌症、肝等疾病的药物v 。还大量用于牲畜 的饲料工业作为添加剂，目前这部分的用量大约占v 。总需求量的7 0 近年来， 由于v ，的抗氧化和抗衰老作用得到了进一步的科学证实，开拓了一些新的应用 领域其中以v ；为主抗氧剂的聚合物抗氧体系的开发被认为是近年来在聚合物 抗氧体系中取得的最重要的成果，其突出优点是高效、低成本、最安全、最不 会破坏环境，同时还具有优良的颜色稳定性“”19 9 2 年h o f f m a n n - l a r o c h e 公司就推出了r o n o t e c 系列抗氧添加剂的产品，19 9 6 年又与c i b a 公司合作开发 新的聚合物抗氧添加剂产品n 】。此外，v 。还可以作为化妆品的抗衰老、防晒、营 养等组分。1 9 9 6 年b a s f 与h o f f m a n n l a r o c h e 公司报道“) ，这方面的销售量占v e 总销售量的1 。业内人士还认为”】，由于v 。一直供不应求，销售商无法拓宽他 们的市场，今后随着v 。产量的扩大，将会开发出更多新的应用领域。 随着v 。的需求量迅速扩大，国外的一些主要生产厂家，如r o c h e 、b a s f 、a d m 、 中南工业大学博士论文第l 章 e is a i 、h o f f m a n n l a r o c h e 、c a r g i l l 、e a s t m a n 等公司，目前正在扩大其生产规 模或建立新厂“。1 ”。其中r o c h e 和b a s f 两家最大的公司已正在我国上海和吉林 合资建立v 。生产厂。目前，合成品v 。约占ve 市场8 0 的份额( 天然品v 。约占20 ) ， i9 9 6 年已达到了2 5 ，0 0 0 t a 。的规模n ，估计目前已达50 ，0 0 0 t a 。我国 目前v 。的生产规模也已超过5 0 0 0 t a ，其中上海三维制药股份有限公司( 与 h o f f m a n n l a r o c h e 公司合资) 、东北制药股份有限公司( 与b a s f 公司合资) 、西 南合成化工股份有限公司的年产量均已超过10 0 0 t ，而19 8 0 年的产量只有3 t ， i9 9 5 年的产量还不到1 0 0 0 t 。如果包括在建、扩建和己规划的一些生声厂，其 规模将超过1 0 ，0 0 0 t a ，届时将成为一个v 。生产大国随着v 。生产规模的迅 速扩大，其主环中间体t m h q 的需求亦呈急剧上升趋势。按目前v 。年生产量约为 50 ，0 0 0 t 计，t m h q 的需求量将接近2 0 ，0 0 0 t a 。除此之外，t m h q 还可直接 配成乳液作杀虫剂，也可合成抗氧剂、防腐荆、草地生长调节剂、香料和香水 的调香剂等。 t h m q 的主要生产厂家有瑞士r o c h e 公司、德国b a s f 公司、日本中央化成品 公司等这些公司对其生产技术进行了严格的保密措施，t m h q 产品及生产技术 禁止向中国出口和转让。 在不到2 0 年的时间内，我国v 。的产量增加了16 0 0 多倍，而t m h q 的生产还 相当落后新昌制药股份公司原有一套以1 ，2 ，4 一三甲基苯( 俗称偏三甲苯) 为原料化学法合成t m h q 的生产装置，生产能力为5 0 t - a - l ；无锡第二制药厂和无 锡医药研究所曾于1 9 8 2 1 9 8 4 年合作开展过以2 ，3 ，5 - = 甲基苯酚( 以下简称 t m p ) 为原料，采用磺化一氧化一还原等过程化学法合成t m h q 的小试和中试工作， 目前国内的一些单位( 如宜兴市第二化学试剂厂) 采用这一工艺进行了一些小 规模的生产，新昌制药股份公司也已将原生产工艺改为了这一工艺但这些工 艺在国外6 0 、7 0 年代就已被淘汰，存在着成本高，“三废”多，产品质量差等 缺点，无法与国外目前生产的产品进行竞争。譬如，从作者所了解的情况来看， 国内化学法生产的t m h q 产品纯度都比较低，尤其是极易变色，一般是一星期左 右出现小黑点，再过几天产品就变为浅黑色，有的甚至几小时就开始变色。由 于国外禁止向我国出口t m h o 产品，而我国t m h q 的生产量小且质量比较差，因 此v 。生产所需的t m h q 基本上依赖转口贸易获得，目前价格商达25 万元t 。1 左 右，缺乏v 。生产和降低成本的主动权。 基于以上情况，作者希望开发出一种比较先进的t m h q 生产工艺，为我国能 够实现t f i h q 的全部国产化作出一点贡献。同时，由于t m h q 生产技术的保密性 中南工业大学博士论文第1 章 较高，作者所见到的文献资料绝大多数都是专利，基本上未见基础性的研究报 道。为比较全面地了解俐h q 合成的催化过程，作者还进行了一些基础性的研究 工作。 1 1 t m h o 的合成工艺 合成t m h q ，比较早的文献报道较多的是将含氮化合物还原得到。例如： 以二嚼烷为溶剂，每2 3 9 2 一甲基一3 ，6 一二( 二甲基氨甲基) 氢醌在1 6 0 18 0 及高压的条件下，通过c u c r ：0 ，催化剂催化加氢合成得到l g t m h q “”。 以5 p g c 为催化剂，将2 ，5 一二甲基一5 一( 吗啉代甲基) 氢醌的甲醇溶液在 12 0 c 及氢气分压为5 m p a 的条件下催化加氢4 h 可得到t m h q 产品，产率为9 6 【l ”。 以5 p d c 为催化剂，将三( 吗啉代甲基) 氢醌的甲醇溶液在13 0 及氢气 分压为8 m p a 的条件下反应4 h 可得到t m h q 产品，产率为67 【1 ”。如果改用c u c r2 0 3 作催化剂，在1 8 0 及氢气分压为1 0 m p a 的条件下反应3 h ，t m h q 的产率为6 3 0 n ”。 以上的这些含氮化合物，其制备方法比较复杂从七十年代以来，则主要 是通过将2 ，3 ，5 一三甲基苯醌( 2 ，3 ，5 - t r i m e t h y l b e n z o q u i n o n e ，以下简称t m b q ) 还原得到。 开始主要是采用化学还原法，印采用化学还原剂将t m b q 还原为t m h q 。常用 的还原剂有保险粉( 连二亚硫酸钠) 1 6 1 、亚硫酸氢钠“”、二氧化硫m “”等使 用化学还原法，具有设备简单、投资小、反应过程易于控制等优点。但由于要 使用大量的化学还原剂，成本较高，并且合成出的聊h q 产品质量不高，反应过 程中“三废”比较多。 目前大多是采用催化加氢还原法，印在加氢催化剂存在下用氢气将t m b q 还 原为t m h q 。反应方程式为： c h o t m b q h 3 h 3 6 催化剂 c 3 t m h q h 3 h 3 中南工业大学博士论文第1 章 0 13 5 k g ( l - h ) 。1 ( 以t m b q 为基准，表示每升催化剂每小时通过0 1 3 5 k g t i d b q ) 。 通过旋转蒸发器将产品从溶剂中分离出来。据称，t m h q 的产率和选择性均达到 了1 0 0 ，产品在存贮过程中颜色没有变化。 1 2t m b o 加氢合成t m h o 的催化剂 t m b q 加氢合成t i d h q 的催化剂，大多为一些常见的加氢催化剂。比较早的文 献报道较多的是r a n e yn i 【2 圳，但其用量较大，一般为原料t m b q 质量的2 0 以 上，并且反应压力一般高于4 m p a 。目前基本上都改用负载贵金属p t 和p d 的催 化剂。由于载体的分散作用，使用这些催化剂，活性组分的用量比较小，p t 在 催化剂中的含量一般为0 0 5 0 5 ( ) ，p d 为1 一l0 ( 0 3 ) ，在间歇式工艺中 催化剂用量( 包括活性组分和载体) 一般为t m b q 质量的1 1o ，反应压力多在 1 m p a 以下。掌见的载体有活性炭1 2 8 - 3 2 1 、氧化铝”3 4 ”、二氧化硅n “”3 等y u i t 和i t oa 1 2 2 1 认为，采用这些单组分载体制备的催化剂，在t m b q 催化加氢的反应 过程中，存在着使载体上的碳一碳双键加氢的副反应，降低了t m h q 的选择性。 在他们1 9 8 8 年所公开的专利中，采用经n a o h 水溶液浸渍的硅铝载体，据称， 在t m b q 加氢合成t m h 0 的间歇式工艺中，t m b q 的转化率为to 。，t m h q 的选择性 为9 9 9 关于催化剂的制备方法，一般是采用浸渍法。以下是几个文献所报道的催 化剂的制备实例。 在6 0 ( 2 下用一适当浓度的p d c l ：溶液使粒径为0 0 6 0 3 m m 的硅胶里悬浮状 态处理3 0 m i n ，然后通过加入过量的甲醛使f d 以金属形态沉积在载体上。洗去 催化剂中的电解质后，再于1 2 0 下干燥便可得到所需的加氢催化剂t z q i 。 将硅铝载体( s i 0 2 与a 12 0 3 的质量比为8 7 ：13 ，孔容为0 6 0 8 m l g ，孔 径为6 15 n m ，粒径为5 0 一2 0 0 m “) 于8 0 的温度下在3 ( c | ) ) 的n a o h 水溶 液中处理3 h ，再过滤、干燥，将由此制备得到的载体( 钠含量为4 ，0 3 ) 用h a p d c l 。 溶液浸溃。然后通过蒸发除去水分，于1 1 0 c 下干燥，用氢气还原便可得到所需 的加氢催化剂m 】 将从硝酸铝溶液和稀氢氧化钠溶液沉淀得到的h l ( o h ) 、洗涤，并在1 0 0 1 5 0 范围内干燥。干燥后的产品在球磨机中研磨，然后在捏合机中用水捏合成为 糊状物，通过挤压机挤压成直径为3 m m 的挤压物，在12 0 c 下干燥，并在马弗炉 中于4 5 0 c 下煅烧5 h 。通过以上过程制备得到的y a 1 ：0 ，具有2 5 4 m 2 g 。的b e t 中南工业大学博士论文第1 章 表面积，0 5 2 1 c m 3 g 。的孔容( 孔径范围为1 8 6 0 ，0 0 0 n m ) ，8 5 孔容的孔径 范围为2 l o o n m 将溶于6 1 0 m l 水中的1 7 9 9p t ( n o 、) 。加入到装有1 k g 直径 为3 m m 挤出物形态载体的镀层桶( c o a t i n gd r u m ) 中溶液量大约相当于载体9 0 的水吸收能力的量。载体与溶液在镀层桶中搅拌1 5 2 0 m i n ，使溶液被载体均匀 地吸收。然后将湿催化剂在1 2 0 c 下干燥1 6 h ，再于2 0 0 c 下煅烧8 h 得到所需要 的加氢催化剂( p t 含量为0 1 ，c o ) 。催化荆的还原是在反应前于反应器中在1 0 0 下通氢气还原1 h 1 2 ”。 有的则不是在t m b q 加氢反应前预先制备好负载型催化剂，而是将含有催化 剂活性组分的溶液和载体直接加到反应液中去例如，将1 5 0 0 m l 丙酮、15 0 9 t m b q 、 0 75 r o l lo p d c l 2 溶液和l o g 活性炭混合，在温度为75 和氢气分压为0 3 5 m p a 的条件下反应8 0 m i n ，得到纯度为9 8 5 的t m h q ，产率为9 5 ” 关于t m b q 加氢的负载催化剂，国外文献报道的大多是催化剂的初活性和初 选择性，涉及催化剂稳定性的并不多。y u it 和i t o 妒”对一些催化剂进行了评 价。他们指出，活性碳、氧化铝、二氧化硅等载体负载的催化剂，其稳定性普 遍不高。文献7 1 通过采用m e ：c 0 或m c c o c h ：c h m e ：溶剂来提高p d c 催化剂的稳定 性，但结果并不理想y u it 和i t oa 采用经n a o h 水溶液浸溃的硅铝作载体 负载p d 制备得到的催亿剂，在闻歇反应工艺中，完成反应的第一次时闻为2 6 m i n ， 重复使用12 0 次，反应时间为1 1 6 m i n ，t m h q 的选择性为9 9 8 他们还报道， 如载体未经n a o h 水溶液浸渍，催化剂重复使用2 6 次，反应时间由2 5 m i n 延长 至1 3 7 m i n ，选择性由9 9 2 下降至9 5 5 ；如采用1 ( ( i ) ) p d a l ，0 、催化剂，催 化荆的初选择性只有9 7 7 ，重复使用2 6 次，反应时间由2 4 m i n 延长至1 2 6 m i n ； 如采用1 ( ) p d 活性炭催化剂，催化剂的初选择性为9 8 2 ，重复使用2 6 次，反应时间由2 0 m i n 延长至12 5 m i n 前面提到的b a s f 公司在19 8 6 年所公开 的专利中报道，采用o 】( 【i ) ) p t y a i ：0 ，催化剂，在其连续化工艺的扩试中 ( 催化剂的装载量为7 55 9 ) ，运转4 4 6 h 后，催化剂的选择性由1 0 0 下降至1 4 ， 活性没有降低 1 3 关于t m h o 容易着色的问题 反应后的t m h q 溶液以及除去溶剂的t m h q 产品在空气中容易着色，这一直 在t m h q 的生产中为人们所重视。普遍认为”3 2 “这是由于t m i i q 在空气中被氧化 为嘲b q ，w b q 再与t m h q 形成醌氢醌化合物( q u i n h y d r o n ec o m p l e x e s ) ，其反 中南工业大学博士论文第1 章 应方程式为 c h o t m b q h 3 c + h 3 h 3o h h 3o h t m h q醌氢醌 h 3 h 3 醌氢醌在固体状态时呈黑色，并认为这种化合物可能是分子化合物。正是 由于这种物质的存在使t m h q 着色。 s c h u s t e rl 和o s t e rr 2 0 l 认为在反应液中会溶有微量的金属元素( 主要来 源于反应装置材料中的铁以及所含的微量镍和铬) ，这些金属元素在t m h q 氧化 为t m b q 的反应中，起到了特别强的催化作用 在t m b q 加氢合成t m h q 的反应中，最常使用的溶剂为c 。一。的脂肪醇但有 不少文献”“圳认为，甲醇和乙醇易使产品t m h q 着色，即t m h q 在甲醇和无水乙 醇溶剂中氧化速度要快一些s c h u s t e rl 和o s t e rr z o l 将浓度为5 6 不同溶剂 的t m h q 溶液置于空气中，4 h 后发现：甲醇、无水乙醇、异丙醇和异丁醇作溶剂 的t m h q 溶液，碘色值( i o d i n ec o l o rv a l u e ) 分别为5 0 ，7 0 ，5 和3 5 。 为防止或延缓t m h q 的着色，通常的做法是将t m h q 进行重结晶的纯化处理， 提高其纯度o ”在反应过程中，有的是采用改变反应溶剂的方法，如不少文献” 是采用异丁醇，有的则采用丙酮”：有的是通过提高催化剂的性能来提高产品 的纯度”；也有的是在反应完毕后，往反应液中添加脱色剂硼氢化钠“”。 1 4 国内生产及科研进展情况 前面已提到，新昌制药股份公司原有一套5 0 t - a 。1 的t m h q 生产装置。它是 以偏三甲苯为原料，经磺化、硝化、还原、氧化、再还原等过程制得t m h q ”】， 该工艺在国外6 0 年代就基本上被淘汰，存在着路线长、收率低、“三废”多、 成本高、产品质量比较差等缺陷，目前已改为t m p 化学法合成t m h q 的工艺了。 西北第二合成药厂”。删和黑龙江石油化工研究所1 曾于8 0 年代参照国外的 文献资料对以偏三甲苯为原料的工艺作了一些改进。将磺化和硝化改为一步法， 中南工业大学博士论文第1 章 将原来分别用铁粉一盐酸和保险粉的两步还原均改为p d c 间歇式催化加氢还原。 实验室的小试收率虽提高到近6 0 ，但基本上没有改变工艺路线长、成本高等缺 陷。 无锡第二制药厂和无锡医药研究所曾于1 98 2 1 9 8 4 年仿照国外6 0 年代的 专利合作开展过以t m p 为原料，经硫酸磺化、m n o ，氧化、保险粉还原等步骤制备 豫h q 的小试和中试工作卒试中埘的总牧率为7 3 ，产品质量与当时进口的 国外催化法产品相比，存在着熔程长、灰分高、色泽黄等缺陷。这一工艺虽较 以上以偏三甲苯为原料的工艺路线要短，但由于要使用大量的氧化剂和还原剂， 仍存在着成本高、产品质量差等缺陷，在国外7 0 年代已逐步被催化法所取代。 正如前面提到的，国内的一些生产厂家采用了这一工艺，生产出的t m h q 产品极 易变色。上海第二制药厂“2 1 也开展过几乎一样的小试工作 此外，福建省中医药研究所和福建省建瓯制药厂f ”曾合作开展过以t m p 为 原料合成t m n q 的实验室工作他们先将t m p 进行亚硝化，再通过铜离子水解得 到t m b q ，最后经保险粉还原得到t m h q 产品，收率为8 4 8 ；上海第二制药厂“ 】 还曾于8 0 年代初进行了以2 ，4 ，6 一三甲基苯酚为原料合成t e h q 的探索性研究。 他们是在高温高压下将2 ，4 ，6 一三甲基苯酚进行催化氧化，再转位得到t m b q ， 然后经保险粉还原得到删睃产品，收率为4 7 在上述的研究工作中，国内所采用的工艺基本上都是国外已淘汰或者是落 后的工艺，大多是低水平地重复了国外6 0 、7 0 年代的一些工作我国有关部门 自8 0 年代以来曾多次要求了解和引进国外的有关技术，但都被拒之门外，尤其 是近年来国内v 。的生产规模迅速扩大，解决t m h q 的生产和供应问题更为迫切。 因此，作者的工作对t m h q 合成的研究及我国v 。工业的发展具有较重要的意义。 1 5 本论文的研究目标 ( 1 ) t m h q 合成工艺的研究 开发先进的t m b q 加氢合成t m h q 的连续法工艺，重点考察催化荆、原料的 空速、反应压力、反应温度等因素对反应的影响，为工业中试提供工艺参数 为配合连续法工艺，改进现有的t m h q 的分析方法 ( 2 ) 合成t m h q 催化剂的筛选和改进 在已公开的催化剂的基础上进行筛选和改进，选用合适的活性组分和载体， 通过对催化刘进行改进提高其稳定性。 中南工业大学博士论文第1 章 ( 3 ) 催化剂还原动力学的研究 采用t p r ( t e m p e r a t u r ep r o g r a m m e dr e d u c t i o n ) 技术考察催化剂的还原动 力学，为了解催化剂中活性组分之问或与载体之间的相互作用提供参考，为探 讨备种催化剂在反应中的作用提供基础以及为各种催化剂的还原动力学积累资 料。 ( 4 ) 催化剂失活原因的探讨 采用一些比较先进的物理、化学检测手段，探讨催化剂的失活原因，为开 发出性能更加优良的催化剂提供基础。 以上的工作除催化剂和工艺国外有一些公开的专利外，其它大多数未见文 献报道，而专利文献所报道的工作大多也不系统作者的工作如果能为t m h q 合 成的研究及其全部国产化提供一些帮助的话，这就是作者的心愿所在。 中南工业大学博士论文第2 章 2 1实验试剂 第2 章实验方法和装置 在实验研究过程中，所采用的主要试剂见表2 1 表2 - 1 主要实验试剂一览表 名称分子式分子量规格生产厂家 2 ，3 ，6 - 三甲基苯酚 c ，h ，2 0 硫酸h 2 s 0 4 浓盐酸hcl 二氧化锰 m n 0 2 石油醚 一 1 3 6 工业级浙江黄岩化工厂 9 8 a r 信阳市化学试剂厂 3 6 5拣 北京化工厂 8 8a r 上海金山兴大化工厂 一 c p 湖南师范大学化学试剂厂 保险粉 h a 2 s 2 0 1 7 4c p 上海硫酸厂 硫酸铈c e ( s o 。) ：4 h ：0 4 0 4a r 北京市新华化学试剂厂 甲醇c h 、o h 3 2a r 武汉有机合成化工厂 无水乙醇c ，h 。o h 4 6a r 湖南师范大学化学试剂厂 异丙醇( c h ，) ，c i t o h 6 0a r 武汉市江北化学试剂厂 异丁醇( t i t ，) ：e r i c h ，o h 7 4根 上海试剂一厂 y 一三氧化二铝条y a l ，0 ， 1 0 8 工业级长岭炼油化工总厂 氯铂酸溶液h 2 p t c l 一 工业级长岭炼油化工总厂 氯钯酸溶液 h ：p d c l 一 工业级长岭炼油化工总厂 高铼酸溶液h r e o 。 一 工业级长岭炼油化工总厂 硅铝载体s i o ，- a 1 ，0 、 一 工业级长岭炼油化工总厂 氢气h ， 2 工业级长岭炼油化工总厂 2 2 f t d b o 的制备4 5 j 将4 1 9 t m p 和3 0 0 r a l 石油醚置于l o o o 札三颈瓶中，在搅拌下加热至6 0 待t m p 金溶后，于5 1o m i n 内滴加9 5 9 8 ( 0 3 ) 的硫酸6 0 r a l ，保温反应3 0 m i n 。 中南工业大学博士论文第2 章 然后加入2 0 0 m l 净水溶解反应中生成的酚磺酸固体，再加入6 0 9 含量为8 5 ( ) 的二氧化锰，加热回流1 h 反应结束后，待反应混合物冷却至4 0 以下，分取 有机层水层与残留物分别用1 0 0 m l 石油醚萃取2 次，将萃取液与有机层合并， 用水洗涤至p h * 6 ，经蒸馏除去石油醚溶剂，冷却后得到约4 0 9 红棕色针状t m b q 固体，熔点为2 9 3 2 ，经液相色谱外标法分析，其纯度约为9 8 ( 0 2 ) 。供催 化加氢制备t m h q 用。 2 3 催化剂的制备 采用浸渍法分别制备各类蛋壳型的负载p d 、p t 、p d - p t 和p t - r e 催化剂， 同时采用不同的浸渍条件( 改变浸渍液的酸度和时间) 制备均匀型的负载p d 催 化剂 2 3 1 负载p d 催化剂的制备 根据载体( y a 1 ：0 ，条或硅铝条) 的质量，按液固比为2 ：1 ( v v ) 量取氯 钯酸溶液，控制催化剂中p d 的含量为0 3 1 5 ( ) ，用盐酸调节p h 值为1 2 载体在室温下经浸渍4 h 后，于1 2 0 c 干澡4 h ，再在3 0 0 50 0 ( 2 的温度下焙 烧4 h 即得负载不同含量p d 的蛋壳型催化剂 将浸渍液的p h 值调节至1 以下，浸渍时间为2 0 h ，采用同样的方法可制备 得到负载p d 的均匀型催化剂。 负载p d 催化剂的还原是在t m b q 加氢前于1o o 下在固定床反应器中通氢气 还原2 h 2 3 2 负载p t 催化剂的制备 采用以上蛋壳型负载催化剂类似的制备方法，控制催化剂中p t 的含量为 o 1 0 3 。a ( l o ) ，用氯铂酸溶液浸渍载体得到各种不同p t 含量的蛋壳型负载催 化剂 催化剂的还原则采用器外还原，印在加氢反应器外的石英玻璃管中于5 0 0 c 下通氢气还原4 h 。 2 3 3 负载p t - p d 催化剂的制备 采用以上蛋壳型负载催化荆类似的制备方法，控制催化剂中p t 的含量为 4 中南工业大学博士论文第2 章 0 0 5 0 1 ( c o ) ，p d 的含量为0 2 0 4 ( c o ) ，用氯铂酸和氯钯酸溶液浸渍 载体。 负载p t p d 催化剂的还原同负载p t 催化剂。 2 3 4 负载p t - r e 催化剂的制备 采用以上蛋壳型负载催化剂类似的制备方法，控制催化剂中p t 的含量为 0 1 0 2 b ( 【i ) ) ，r e 的含量为0 1 0 4 ( c o ) ，用氯铂酸和高铼酸溶液浸渍载 体。 负载p t - r e 催化剂的还原同负载p t 催化剂。 2 4 催化剂的表征 2 4 i 催化剂中p d 、p t 和r e 含量的分析 催化剂中的p d 、p t 和r e 均通过比色法分析其含量。 含p t 或p t - r e 样品的处理：准确称取0 2 0 3 9 样品置于1 0 0 m l 烧杯中， 用少量水湿润，加入5 m l 盐酸溶液( 1 ：1 ，v v ) 、4 m l 磷酸溶液( 1 ：1 ，v v ) 和5 滴过氧化氢( 3 0 ，【| ) ) 在电炉上加热，待样品溶解后取下冷却，移入10 0 m l 容 量瓶中，用水稀释至刻度并摇匀。 p t 含量的分析：取以上试液2 0 m l 于5 0 m l 容量瓶中，加入10 m l 盐酸溶液( 1 ： 1 ，v v ) 和1 0 m l 2 5 ( l o ) 的氯化亚锡溶液，用0 1 ( ) 的盐酸溶液稀释至刻度 并摇匀，放置3 0 m i n 后，在光电分光光度计上用2 c m 比色皿，以水为参比液， 在波长为4 6 0 n m 处，测定其吸光度在工作曲线上查出相应的p t 毫克数，计算 p t 含量。 r e 含量的分析：取以上试液2 0 m l 于5 0 m l 容量瓶中，加入1 2 m l 盐酸溶液( 1 ： 1 ，v v ) 、6 m l 5 ( ( j ) ) 的硫脲溶液和3 m l 25 ( ( i ) ) 的氯化亚锡溶液，用水稀释至刻 度并摇匀，放置5 0 m i n 后，在光电分光光度计上用2 c m 比色皿，以水为参比液， 在波长为4 4 0 r i m 处测定其吸光度。在工作曲线上查出相应的r e 毫克数，计算r e 含量。 p d 样品的处理：准确称取样品0 2 0 3 9 于10 0 m l 烧杯中，用少量水湿润， 加入l 0 m l 浓盐酸、1 0 m l 硫酸溶液( 1 ：i ，v v ) 和1 0 滴过氧化氢( 3 0 ，t o ) 。在 电炉上加热，中途反复补加几滴过氧化氢，直至将样品处理至透明( 如确有不 溶的残渣，则过滤) ，待样品冷却后，移入10 0 m l 容量瓶中，用水稀释至刻度并 中南工业大学博士论文第2 章 摇匀 p d 含量的分析：取以上试液1 0 m l 于1 0 0 m l 容量瓶中，加入5 m l 盐酸溶液( 1 ： 1 ，v f v ) 、1 0 m l 2 0 ( ) 的碘化钾溶液和2 m l l ( ) 的抗坏血酸溶液，用水稀 释至刻度并摇匀，放置5 m i n 后，在光电分光光度计上用2 c m 比色皿，以水为参 比液，在波长为4 1 4 r i m 处测定其吸光度在工作曲线上查出相应的p d 毫克数， 计算p d 含量。 2 4 2 催化剂中碳和硫含量的分析 样品经研磨均匀，采用美国l e c o 公司的c s 一4 4 4 型碳硫分析仪测定。以纯 氧为载气，氧气流量为3 l m i n 碳测试时阀为3 5 s ，硫测试时问为4 5 s 。 2 4 3 催化剂比表面积及孑l 容测定( b e t ) 催化剂比表面积及孔容的测定是在美国m i c r o m e t e r i t i c sa s a p2 4 0 0 型吸 附仪上进行。测定时，催化剂先于3 0 0 c 脱气4 h ，脱气压力低于10 - 1 m m h g 。以氮 气为吸附质，在一1 9 6 吸附。以氦气做载气脱气条件：3