制备酚类化合物的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备酚类化合物的方法。该方法采用乙酸、甲醛，或乙酸、甲醛和甲醇作为反应物，掺杂型二氧化铈的催化作用下制备酚类化合物，该反应在固定床反应器中常压下进行，反应温度300℃～550℃，反应结束后质谱确定产物组成，色谱定量。本发明专利技术方法的反应转化率高，反应的最高转化率达到100％，酚类化合物的总选择性达到95％；另外本发明专利技术选择掺杂型二氧化铈为催化剂，催化剂廉价、制备简单且效率高，可通过焙烧除积碳后再生，具有潜在的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备酚类化合物的方法，具体涉及以乙酸、甲醛，或乙酸、甲醛和甲醇作为反应物，掺杂型二氧化铈为催化剂，催化制备酚类化合物的方法。
技术介绍
酚类化合物是一类重要的有机化工原料。苯酚是丙烯重要衍生物之一，主要用于生产酚醛树脂、己内酰胺、双酚A、己二酸、苯胺、烷基酚、水杨酸等；甲基酚主要用于酚醛树脂、电器绝缘漆、染料、表面活性剂以及润滑油添加剂等。此外，酚类化合物对人体、植物的生命活动起到了主要的作用，例如：抗氧化、抗病毒等。目前，酚类化合物的主要来源为石化原油和植物。原油经常压蒸馏，获得轻油，经过加氢，然后分馏成为苯，再经磺化、熔融、卤代烃碱处理等程序，最终获得酚类化合物，该过程工艺过程繁琐，且对石化资源具有很强的依赖性。近年来，随着石化资源的枯竭，对通过石化路线制备酚类化合物提出了挑战。此外，自然界植物体内广泛存在酚类化合物(内源性酚)，因而很多酚类化合物均从植物中提取获得。例如：生质物中的木质素解聚可获得4-甲氧基、邻-甲氧基酚或是2,6-二甲氧基酚等酚类化合物。木质素路线制备酚类化合物虽然降低了对石化酚的依赖，但仍然存在一定的困难。木质素解聚通常通过加氢路线实现，容易引起苯环的过度加氢，降低酚类化合物的选择性。因此，探索制备酚类化合物的新路线具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的意义在于克服了目前制备酚类化合物过程中存在的缺点。该制备方法反应过程简单，反应转化率以及酚类选择性均较高。本专利技术涉及的酚类化合物通过以下方案制备：以一定比例的乙酸、甲醛，或乙酸、甲醛和甲醇配制的反应溶液为原料，在反应管中填充掺杂型二氧化铈后将反应管置于固定床反应器中，于常压下进行反应，反应温度为300℃～550℃，反应时间为大于2h，优选反应时间为6-72h。反应后的催化剂可通过焙烧再生；所述掺杂型二氧化铈催化剂，掺杂元素为：铝、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锡、钌、钯、铑、金、铂以及镧系金属；金属掺杂量为：0.5wt％～10wt％；所述掺杂型二氧化铈催化剂，较佳的掺杂元素为：铝、钛、钒、铬、锌、钇、锆、铌、钼、钯、镧、镨、铕；较佳的金属掺杂量为：1wt％～6wt％；所述反应管内径为：5mm～9mm；装填催化剂床层高度为5cm～30cm，反应温度为300℃～550℃；所述反应管内径为：6mm～8mm；反应管中装填催化剂床层高度为8cm～12cm，反应温度为350℃～450℃；所述原料由乙酸与甲醛组成时，乙酸与甲醛的摩尔比为1:1～1:10；所述原料由乙酸、甲醛和甲醇组成时，乙酸与甲醛的摩尔比为1:1～1:10，且甲醛与甲醇的摩尔比为5:1～1:1。反应溶液进料速度为0.01mL·min-1～0.1mL·min-1；氮气为载气，流速为20mL·min-1～80mL·min-1。所述反应后的催化剂通过焙烧再生，焙烧温度范围500℃～600℃，焙烧时间范围2h～10h。最佳的再生焙烧温度为550℃，焙烧时间为4h。本专利技术制备得到的酚类化合物包括邻甲酚、2,3-二甲基酚、2,3,6-三甲基酚、2,3,4,6-四甲基酚。二氧化铈表面具有酸-碱对，且其酸碱性可调，二氧化铈作为一种修饰方式掺入杂原子，杂原子的掺入能有效提高铈基催化剂的掺杂氧空位浓度，进而调变催化剂的酸碱性。掺杂型二氧化铈作为催化剂催化反应，推测其催化路径大致包含以下几个过程：乙酸在杂原子掺杂的二氧化铈酸碱催化中心上发生反应，生成丙酮、二氧化碳和水；丙酮与甲醛以及丙酮自身在碱催化作用下发生Aldol缩合反应，进而脱水，生成多种脂肪酮类化合物；脂肪酮发生成环反应形成六员环状酮类化合物，然后发生氢转移，从而最终形成酚类化合物。该反应在固定床反应器中进行，适宜的反应参数的控制，包括反应器内径，进料速度以及催化剂填充床层的高度有利于延长反应底物在催化剂床层的停留时间，克服了因传质带来的低活性问题；此外，温度也是影响反应效果的主要因素。研究表明，温度较低时，主产物为乙酸分解产生的丙酮以及Aldol缩合反应生成的其他酮类化合物；而温度较高时，积碳严重，降低产物的选择性的同时又对催化剂产生毒化作用。因此，适宜的反应温度既能保证高的选择性，同时避免了积碳带来的失活问题。本专利技术所述方法的有益效果为：(1)该方法制备酚类化合物克服传统方法对化石能源的依赖性，避免了繁琐的工艺过程，具有潜在的应用价值。(2)原料来源广泛，以廉价易得的乙酸和丙酮为原料，反应转化率与选择性均较高，反应的最高转化率达到100％，酚类化合物的总选择性达到95％。(3)我国具有丰富的稀土资源，而本过程以掺杂型的二氧化铈为催化剂，催化剂廉价、制备简单且效率高，可通过对掺杂条件的调变实现对催化剂酸碱性的调控，且可通过焙烧除积碳后再生。具体实施方式为了对本专利技术进行进一步详细说明，下面给出几个具体实施案例，但本专利技术不限于这些实施例。实施例1称取50g硝酸铈和一定量的二水合氯化亚锡溶解在4L水中，采用25wt％的碳酸钠水溶液作为沉淀剂，调节体系pH＝10，将所得沉淀离心分离，洗至中性，干燥，500℃焙烧3h，即得2wt％Sn-CeO2。将Sn-CeO2成型筛取14-25目催化剂填充至内径为7mm的反应管中，填充15cm床层，常压下，将乙酸、甲醛和乙醇按照摩尔比1:5:1配制的反应溶液为原料，进料速度为0.03mL·min-1，氮气为载气，流速为30mL·min-1，350℃下反应12h，反应结束后经分液，得到的油相和水相，分别采用色谱分析。乙酸转化率为85％，酚类化合物的总选择性为80％。实施例2称取50g硝酸铈和一定量的六水合硝酸镨溶解在4L水中，采用25wt％的碳酸钠水溶液作为沉淀剂，调节体系pH＝10，将所得沉淀离心分离，洗至中性，干燥，500℃焙烧3h，即得2wt％Pr-CeO2。将Pr-CeO2成型筛取14-25目催化剂填充至内径为8mm的反应管中，填充25cm床层，常压下，将乙酸和甲醛按照摩尔比1:5配制的反应溶液为原料，进料速度为0.03mL·min-1，氮气为载气，流速为30mL·min-1，350℃下反应12h，反应结束后经分液，得到的油相和水相，分别采用色谱分析。乙酸转化率为100％，酚类化合物的总选择性为83％。实施例3称取50g硝酸铈和一定量的六水合硝酸镧溶解在4L水中，采用10wt％的氢氧化钠溶液作为沉淀剂，调节体系pH＝11，将所得沉淀离心分离，洗至中性，干燥，500℃焙烧3h，即5wt％La-CeO2。将La-CeO2成型筛取14-25目催化剂填充至内径为10mm的反应管中，填充30cm床层，常压下，将乙酸、甲醛和乙醇按照摩尔比1:1:1配制的反应溶液为原料，进料速度为0.03mL·min-1，氮气为载气，流速为30mL·min-1，350℃下反应12h，反应结束后经分液，得到的油相和水相，分别采用色谱分析。乙酸转化率为90％，酚类化合物的总选择性为93％。实施例4称取50g硝酸铈和一定量的六水合硝酸镨溶解在4L水中，采用25wt％的氨水溶液作为沉淀剂，调节体系pH＝11，将所得沉淀离心分离，干燥，500℃焙烧3h，即得2wt％Pr-CeO2。将Pr-CeO2成型筛取14-25目催化剂填充至内径为7mm的反应管中，填充9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备酚类化合物的方法，其特征在于：在反应管中填充掺杂型二氧化铈后将反应管置于固定床反应器中，于常压下进行反应，反应温度为300℃～550℃；反应原料为一定摩尔比的乙酸、甲醛配制的反应溶液，或一定摩尔比的乙酸、甲醛和甲醇配制的反应溶液。

【技术特征摘要】
1.一种制备酚类化合物的方法，其特征在于：在反应管中填充掺杂型二氧化铈后将反应管置于固定床反应器中，于常压下进行反应，反应温度为300℃～550℃；反应原料为一定摩尔比的乙酸、甲醛配制的反应溶液，或一定摩尔比的乙酸、甲醛和甲醇配制的反应溶液。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述掺杂型二氧化铈催化剂中掺杂元素为铝、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锡、钌、钯、铑、金、铂以及镧系金属中的一种或两种以上；金属掺杂量为：0.5wt％～10wt％。3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述掺杂型二氧化铈催化剂中较佳的掺杂元素为铝、钛、钒、铬、锌、钇、锆、铌、钼、钯、镧、镨、铕中的一种或两种以上；较佳的金属掺杂量为：0.5wt％～6wt％。4.按照权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：掺杂型二氧化铈催化剂的制备方法为共沉淀法或水热合成法。5.按照权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述的共沉淀法为称取一定量的可溶性铈盐和掺杂金属的可溶性盐溶解在水中，采用沉淀剂，调节体系pH＝9～12，将所得沉淀离心分离，干燥，450～700℃焙烧3h～10h，即得掺杂型二氧化铈；所述的水热合成法为分别称取一定量的硝酸铈、可溶性掺杂金...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，王业红，徐杰，张健，张志鑫，张晓辰，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21