固體超強酸催化合成長鏈烷基萘的研究

2017-09-03 10:32:30李鵬張東恒魏朝良張雪濤孔令杰

潤滑油 2017年4期

關鍵詞：催化劑

李鵬，張東恒，魏朝良，張雪濤，孔令杰

(中國石油大連潤滑油研究開發中心，遼寧大連 116032)

固體超強酸催化合成長鏈烷基萘的研究

李鵬，張東恒，魏朝良，張雪濤，孔令杰

(中國石油大連潤滑油研究開發中心，遼寧大連 116032)

長鏈烷基萘；固體超強酸；烷基化；潤滑油

0 引言

隨著機械工業技術水平的進步，很多應用場合都對潤滑油提出了更苛刻的要求，傳統的礦物型潤滑油已經不能完全滿足要求，合成潤滑油的應用場合逐漸增多。烷基芳烴由于具有氧化安定性高、閃點高、熱穩定性好、安全性更高等特點，是合成潤滑油領域中一類重要的產品而受到廣泛專注。其中，長鏈烷基萘具有優異的添加劑溶解性，良好的抗乳化性能，優異的熱氧化安定性和熱穩定性，以及與密封材料良好的相容性等特點，成為烷基芳烴家族中最重要的產品，在合成潤滑油中占有重要的地位[1-6]。烷基萘廣泛應用于液壓油、齒輪油、熱傳導油、變壓器油、冷凍機油、壓縮機油、液晶等領域。

1 實驗部分

1.1 原料與試劑

萘，分析純，國藥集團化學試劑有限公司。1-十四烯，百靈威化學試劑公司，烯烴含量92%。氨水，分析純，天津科密歐試劑有限公司。TiCl4，分析純，天津科密歐試劑有限公司。98%硫酸，分析純，天津科密歐試劑有限公司。

1.2 催化劑制備

1.3 合成反應

烷基萘的合成實驗在帶有冷凝回流裝置250 mL三口燒瓶中進行，油浴控溫。燒瓶中加入一定量的萘和催化劑，待油浴加熱到一定溫度，緩慢滴加烯烴，滴加完畢繼續反應一定時間。反應產物經過過濾、洗滌后進入氣相色譜分析。產物分析在Agilent 7890氣相色譜上進行，HP-5毛細柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)，進樣口350 ℃，檢測器350 ℃。

1.4 催化劑表征

X射線衍射(XRD)分析在理學D/MAX 2400衍射儀上進行。催化劑的形貌表征在QUANTA FEG 250掃描電鏡(SEM)上進行。NH3程序升溫脫附(NH3-TPD)實驗在Quantachrome ChemBET TPD 3000裝置上進行。

2 結果與討論

2.1 催化劑表征

2.1.1 XRD

圖固體超強酸的XRD譜圖

2.1.2 SEM

圖固體超強酸的SEM 譜圖

2.1.3 NH3-TPD

圖固體超強酸的NH3-TPD譜圖

2.2 反應工藝

2.2.1 催化劑用量影響

圖4是單因素實驗考察催化劑用量對萘轉化率的影響。從圖4 看出，催化劑從0.5 g增加到1.0 g，萘的轉化率略有升高，但是隨著催化劑用量的顯著增加，萘的轉化率開始明顯下降，這是因為催化劑用量過多，烯烴聚合副反應加劇，導致烷基化試劑大量損失。為了減少烯烴聚合反應的發生，提高烷基化試劑的效率，可以在體系中加入少量阻聚劑。在此反應條件下，催化劑1.0 g時萘的轉化率最佳。

反應條件：T=100 ℃，t=5 h，萘

2.2.2 反應時間影響

圖5是反應時間對萘轉化率的影響。從圖5看出，萘轉化率隨反應時間的延長而逐漸增加。當反應時間5 h，萘的轉化率達到最佳。

反應條件：T=100 ℃，萘=2∶1

2.2.3 反應溫度影響

圖6是反應溫度對萘轉化率的影響。從圖 6中看出，反應溫度為80 ℃時，萘的轉化率只有27%, 催化劑活性較低。當反應溫度達到100 ℃時，萘的轉化率達到了75%。隨著反應溫度繼續升高，萘的轉化率沒有明顯變化。因此，溫度100 ℃就能夠使催化劑的活性達到最佳，也是合成烷基萘的合適溫度。

反應條件萘=2∶1

2.2.4 原料比例影響

圖7是原料比例對萘轉化率的影響。從圖7看出，當烯烴對萘的比例從1增加到3時，萘的轉化率不斷升高，最高值為92%。隨著比例增加，萘的轉化率略有下降。在此反應體系中，萘的烷基化和烯烴聚合是作為競爭反應存在的。當烯烴的濃度較低時，烯烴大部分作為萘的烷基化試劑，隨著比例的增加，不斷提高萘的轉化率。當烯烴達到一定濃度時，烯烴聚合反應會開始占據主導作用，消耗掉部分作為烷基化試劑的烯烴，萘的轉化率會有所下降。