強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑用于酯化和醚化反應(yīng)的性能研究

孫明麗（丹東明珠特種樹(shù)脂有限公司，遼寧丹東118000）

強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑
用于酯化和醚化反應(yīng)的性能研究

孫明麗（丹東明珠特種樹(shù)脂有限公司，遼寧丹東118000）

當(dāng)前，強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑在我國(guó)化工領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，其在酯化與醚化反應(yīng)中的應(yīng)用，能夠充分發(fā)揮催化劑的功能，對(duì)降低化工工藝成本，提升工藝效率有著重要作用?；诖耍恼聦?duì)強(qiáng)酸性樹(shù)脂用于酯化與醚化反應(yīng)的性能進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹與研究。

強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑；酯化反應(yīng)；醚化反應(yīng)；性能研究

現(xiàn)如今，在多元化社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的影響下，人們的生活需求也呈現(xiàn)多元化的變化趨勢(shì)。化工行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的組成部分，創(chuàng)新其工藝技術(shù)，研發(fā)并生產(chǎn)多品種的產(chǎn)品，能夠滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)化學(xué)產(chǎn)品的需求。強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑在酯化與醚化反應(yīng)中具有極佳的應(yīng)用效果。因此，化工技術(shù)人員需加強(qiáng)對(duì)強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑的研究力度，通過(guò)分析其在酯化與醚化反應(yīng)中的性能，從而確定催化劑的投放方案。

1 強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑

一般情況下，離子交換樹(shù)脂自身具有酸堿性質(zhì)，如，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可以分為強(qiáng)酸性的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，而強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑恰指離子交換樹(shù)脂中呈酸性的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。該樹(shù)脂的活性、選擇性以及制備工藝比較簡(jiǎn)單，成本較低、不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染問(wèn)題。因此，其被廣泛應(yīng)用到工業(yè)酯化與醚化反應(yīng)中。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分子中含有-COOH、-PO3H2、-SO3H等能夠與陽(yáng)離子交換的酸性基團(tuán)【1】。雖然離子交換樹(shù)脂屬于固體催化劑中的一類(lèi)，但強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑與傳統(tǒng)的固體催化劑相比具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：一強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑的成本低、能夠回收并重復(fù)利用；二樹(shù)脂催化劑具有較高的選擇性，可以依據(jù)反應(yīng)要求改變其自身特性，提高反應(yīng)速率；三，樹(shù)脂活性基團(tuán)位于表面，增加了反應(yīng)物與活性位的接觸幾率，具有較高的活性。因此，樹(shù)脂催化劑在化工工藝中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。近年來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)樹(shù)脂的需求如下表所示：

表1 工業(yè)生產(chǎn)對(duì)樹(shù)脂的需求表

通過(guò)上表可以看出，從07年到14年，我國(guó)對(duì)樹(shù)脂催化劑的應(yīng)用呈逐漸上升的趨勢(shì)，由此可見(jiàn)，樹(shù)脂催化劑在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中具有較好的應(yīng)用前景。

2 強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑在酯化與醚化反應(yīng)中的性能研究

由于酯化反應(yīng)與醚化反應(yīng)的范疇較廣，在分析強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑在酯化與醚化反應(yīng)中的性能時(shí)，我們需要明確具體的酯化反應(yīng)，從而更好地分析強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑的性能。

2.1 強(qiáng)酸性樹(shù)脂在甲基丙烯酸酯化反應(yīng)中的應(yīng)用分析

第一，在甲基丙烯酸酯合成過(guò)程中，其反應(yīng)是在實(shí)驗(yàn)固定床反應(yīng)器上進(jìn)行的，采用下進(jìn)料的方式進(jìn)行反應(yīng)物投料，其最終的反應(yīng)結(jié)果，可以了解到，在甲基丙烯酸酯反應(yīng)過(guò)程中，只有三種產(chǎn)物，其中，甲醇、甲基丙烯酸為未完全反應(yīng)的反應(yīng)物，這說(shuō)明強(qiáng)酸性樹(shù)脂在甲基丙烯酸酯反應(yīng)中的應(yīng)用不會(huì)衍生出其他的副產(chǎn)物，能夠保證產(chǎn)物的純度。

第二，溫度對(duì)甲基丙烯酸酯反應(yīng)中催化劑性能的影響。在甲基丙烯酸酯反應(yīng)過(guò)程中，改變其反應(yīng)溫度，則甲醇的轉(zhuǎn)化率也會(huì)隨之改變，催化劑的反應(yīng)性能就會(huì)受到影響。

2.2 強(qiáng)酸性樹(shù)脂在甲基叔丁基醚反應(yīng)中的性能研究

在甲基叔丁基醚反應(yīng)與甲基丙烯酸酯的應(yīng)用環(huán)境類(lèi)似，在甲基叔丁基醚反應(yīng)過(guò)程中，有副產(chǎn)物的產(chǎn)生，如，異丁烯、甲醇、丙酮、異丙醇、叔丁醇。這些副產(chǎn)物的產(chǎn)生會(huì)影響甲基叔丁基醚的純度，同時(shí)，也會(huì)降低醚化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，影響催化劑的催化效果。在甲基叔丁基醚反應(yīng)中，若裝置長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，且在一定時(shí)間后改變反應(yīng)溫度，則強(qiáng)酸性催化劑的性能會(huì)發(fā)生重大改變。具體數(shù)據(jù)如表2所示：

表2 甲基叔丁基醚合成反應(yīng)長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)

由表2可以看出，在甲基叔丁基醚樹(shù)脂催化反應(yīng)中，隨著反應(yīng)時(shí)間的不斷增加，4#催化劑的催化效果雖然有所下降，但其依然具有較高的催化活性與選擇性，而5#催化劑在超出4182小時(shí)后，其就失去了催化功能。因此，可以得到4#樹(shù)脂催化劑的耐溫穩(wěn)定性要強(qiáng)于5#催化劑，使用壽命也比5#催化劑長(zhǎng)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑在酯化與醚化反應(yīng)中的應(yīng)用效果并不確定，其催化劑性能會(huì)隨著反應(yīng)溫度、時(shí)間的改變而改變。因此，在工業(yè)酯化或醚化反應(yīng)中，相關(guān)技術(shù)人員需要依據(jù)反應(yīng)工藝參數(shù)，確定催化效果較好的催化劑，從而提高酯化或醚化反應(yīng)效率。

[1]路克鵬.強(qiáng)酸性樹(shù)脂催化劑用于酯化和醚化反應(yīng)的性能研究[D].大連理工大學(xué),2016.

[2]李亞男,何文軍,俞峰萍,陳梁鋒,戈軍偉.離子交換樹(shù)脂在有機(jī)催化反應(yīng)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].應(yīng)用化學(xué),2015,(12):1343-1357.

孫明麗（1986-），女，漢族，遼寧丹東人，研究方向:離子交換樹(shù)脂與樹(shù)脂催化劑。