活性炭催化氧化制備草甘膦工藝

薄新黨

（河南化工職業學院,河南 鄭州 450042）

農藥化工

活性炭催化氧化制備草甘膦工藝

薄新黨

（河南化工職業學院,河南 鄭州 450042）

研究活性炭催化下，氧氣氧化雙甘膦（PMIDA）制備草甘膦（PMG）工藝條件，在1.4 MPa、90℃時，20 g/100 mL H2O濃度的PMIDA中，加入0.44 mol/L的堿，PMG收率達到83%，原液濃度達12 g/100 mL H2O。

雙甘膦；草甘膦；氧氣；活性炭

PMG是一種重要的植物生長調節劑，用途廣泛、高效、低毒。甘氨酸法是常用的PMG合成方法，最后一步是PMIDA的氧化產生PMG，氧化劑可以使用雙氧水、氧氣[1-3]。其中氧氣價廉易得，因此較多被采用（圖1）；催化劑有活性炭、過渡金屬等。活性炭的研究已見很多報道[4-5]，但PMIDA的初始量小，盡管收率在90%以上，但是PMG的原液濃度較低，約3 g/100 mL水，導致后處理中需要蒸發大量的溶劑水使PMG結晶，所以要消耗大量的能源。使用過渡金屬化合物作為氧氣氧化PMIDA制備PMG的催化劑也是有較多的研究，在高的PMIDA初始量時，收率仍在90%以上，但助催化劑甲基紫精的價格高昂，使其難以實現工業化。

我們在活性炭催化的反應中，加入酸或堿，可在PMIDA初始量達到25 g/100 mL時，得到PMG收率為83%，即原液濃度15 g/100 mL，為后處理中的溶劑蒸發節省大量能源。

1 實驗部分

1.1 原料與試劑

雙甘膦購自沙隆達公司，純度98%；氧氣為分析純；溶劑水為去離子水；活性炭購自上海；反應釜為500 mL FCZ磁力驅動高壓釜；測定PMG純度的紫外分光光度計為 Perkin-Elmer LS-5B Spectrophotometer。

1.2 試驗與檢測

依次向反應釜中加入溶劑水、催化劑、PMIDA，攪拌下通入氧氣至反應壓力，升溫至反應溫度，反應結束后，蒸發溶劑至約200 mL，降至常溫后，冷藏過夜，過濾得PMG晶體。過濾掉活性炭，然后蒸發溶劑，過濾即可得到白色PMG晶體；改變pH值時，在反應結束后，調整pH值為2.2，再蒸發溶劑。

2 結果與討論

由于活性炭催化的反應體系是非均相的，而且PMIDA和PMG的溶解度也都很低，所以催化劑與底物的結合非常困難，導致氧化反應難以充分進行。使PMIDA與堿或酸進行中和反應，形成其鈉鹽可以增加PMIDA的濃度，使氧化反應更容易進行，這樣就提高PMIDA的初始量。因此，我們實驗加入堿或酸，保持較高PMG收率時，提高原液濃度。

2.1 添加堿的活性炭催化反應的研究

為了提高PMIDA的初始量、PMG原液濃度，經多次試驗，發現最佳的工藝條件為：[NaOH]=0.22 mol/L，PMIDA初始量25 g/100 mL H2O，活性炭10 g，90℃，2.5 MPa，1600 r/min，收率可達80%以上，即反應體系中PMG原液濃度15 g/100 mL H2O，較自然pH值下有很大提高。

表2 添加堿對活性炭催化的氧氣氧化PMIDA制備PMG的影響

可見，在[NaOH]/[PMIDA]=0~0.6之間，隨添加NaOH用量的增加，PMG收率達到最大值，超過80%；在[NaOH]/[PMIDA]=0.6~1.0之間，隨添加NaOH量的增加，PMG收率呈下降趨勢。另外，加入其它強堿，如氨水、KOH，結果相似。

后處理的步驟是，過濾掉活性炭，加入酸和堿中和至pH=2.2，蒸發溶劑水至約200 mL，過濾得到PMG結晶，烘干晶體。PMG的平均純度為96.3%，較自然pH值下的也有所提高。

2.2 Pd-C/活性炭催化反應的研究

負載貴金屬，如鈀、鉑等的活性炭也可以催化氧化PMIDA制備PMG[6]。在反應體系中，貴金屬能夠催化氧化甲醛、甲酸轉化為CO2、H2O，促使反應平衡向生成PMG的方向移動；而且，能夠減少甚至消除甲醛有毒氣體，減少污染。因此，我們實驗了Pd-C/活性炭催化體系，結果見表3。

試驗表明，負載鈀的活性炭對PMG收率沒有影響。隨壓力增加，PMG的產率逐漸增加。

表3 負載鈀的活性炭/活性炭催化體系

3 結論

(1)采用添加強堿到活性炭催化的氧氣氧化雙甘膦(PMIDA)制備草甘瞵(PMG)的反應中,在PMIDA初始量為20 g/100 mL水、1.4 MPa、90℃時，收率達到83%，PMG原液濃度達12 g/100 mL水，為后處理節約大量能源；

(2)PMIDA初始量、過渡金屬濃度、攪拌速度等對反應影響很小。

[1]Erdei Kovács,Martini Meinardi,Ainger White.High temperature 3-D thermoluminescence spectra of Eu3+activated YVO4-YPO4powder systems reacted by hydrolyzed colloid reaction (HCR)technique [J].Journal of Luminescence,1996, 68:27-34.

[2]Timothy Felthouse.Oxidation with encapsulated cocatalyst:US,4582650[P].1986-04-15.

[3]Catherine Pinel,Emmanuel Landrivon,Hedi Lini,et al. Effect of the nature of carbon catalysts on glyphosate synthesis [J].Journal of Catalysis,1999,182:515-519.

[4]Baysdn David Lee,Sherrol Lee.Process for preparing N-phosphonomethyliminodiacetic acid:US,5688994[P].1997-11-18.

[5]Camerona Coopera,Dodgsonb Harrisona Jenkinsa. Carbons as supports for precious metal catalysts [J].Catalysis Today,1990,7:113-137.

[6]Vinke Van Der,Eijk Verbree Voskamp.Modification of the surfaces of a gas activated carbon and a chemically activated carbon with nitric acid,hypochlorite,and ammonia[J]. Carbon,1994,32:675-686.

Oxidation for Glyphosate Catalyzed by Activated Carbon

BO Xin-dang
(Henan Professional College of Chemical Industry,Zhengzhou,Henan 450042,China)

Oxidation of PMIDA for PMG was studied.Under optimized conditions with 1.4 MPa O2,90℃,20 g PMIDA in 100 mL water,base 0.44 mol/L,83%yield was obtained at 12 g PMG in 100 mL water.

PMIDA;PMG;O2;activated carbon

1006-4184（2012）05-0001-02

2011-11-08

薄新黨（1970-），男，畢業于河南大學，碩士。