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1、(10)授权公告号 CN 101367709 B (45)授权公告日 2012.04.25 CN 101367709 B *CN101367709B* (21)申请号 200810073804.9 (22)申请日 2008.09.22 C07C 27/12(2006.01) B01J 31/22(2006.01) (73)专利权人 广西大学 地址 530004 广西壮族自治区南宁市西乡塘 区大学路 100 号 (72)发明人 黄冠 刘上月 郭勇安 王爱苹 (74)专利代理机构 广西南宁公平专利事务所有 限责任公司 45104 代理人 黄永校 CN 1405131 A,2003.03.26, 全。
2、文 . CN 1530357 A,2004.09.22, 全文 . (54) 发明名称 超细 A1OOH 固载金属卟啉催化空气氧化环己 烷的方法 (57) 摘要 一种超细 AlOOH 固载金属卟啉催化空气氧化 环己烷的方法。首先是超细 AlOOH 固载金属卟啉 的制备 : 将超细 AlOOH 经搅拌分散于极性有机溶 剂中, 再加入有机溶剂溶解的金属卟啉, 保持 60 至70并搅拌68h, 减压蒸馏除去有机溶剂, 经 抽滤、 洗涤、 滤饼在100170真空烘干610h 即得超细 AlOOH 固载金属卟啉催化剂。并以此固 载催化剂在空气压力为 0.6 1.0MPa、 反应温度 130 150、 时。
3、间 2 4h 的条件下催化空气氧 化环己烷。采用本发明所述固载催化剂催化空气 氧化环己烷具有高转化率 (9以上 )、 高选择性 (85以上 )、 高转化数 ( 可达 2.0105), 并且每 1mg 固载金属卟啉可重复使用 8 次以上。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 周元 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 4 页 CN 101367709 B1/1 页 2 1. 一种用超细 AlOOH 固载金属卟啉的制备方法, 其特征在于 : 将固载金属卟啉的载体 超细 AlOOH 经机械搅拌分散于极性有机溶剂中, 再加入有机溶剂溶解的金属。
4、卟啉, 保持 60 至70并搅拌68h, 利用减压蒸馏除去有机溶剂, 经抽滤、 洗涤、 滤饼在100170真空 烘干 6 10h 即得超细 AlOOH 固载金属卟啉催化剂, 所述有机溶剂或极性有机溶剂为低沸 点的醇类和酮类。 2.根据权利要求1所述用超细AlOOH固载金属卟啉的制备方法, 其特征在于, 所述固载 金属卟啉的载体是氢氧化锌、 氢氧化铜、 氢氧化锆或氢氧化铝其中的一种。 3.根据权利要求1所述用超细AlOOH固载金属卟啉的制备方法, 其特征在于, 所用金属 卟啉结构通式为以下两类 I 为单金属卟啉通式 II 为双金属卟啉通式 其中, R H, 所用载体为超细 AlOOH。 4.权利。
5、要求1-3的方法制备的超细AlOOH固载金属卟啉催化空气氧化环己烷制备环己 醇和环己酮的方法, 其特征在于, 取0.52.0mg含有固载的金属卟啉的超细AlOOH固载催化剂于500ml高压釜内, 加入 200ml 环己烷。空气压强控制在 0.6 1.0MPa, 温度控制在 130 150, 搅拌转速控制在 200 600 转 / 分钟, 空气流量为 0.04m3/h, 达到设定温度后通入空气进行反应 2 3.5h。 权 利 要 求 书 CN 101367709 B1/4 页 3 超细 AlOOH 固载金属卟啉催化空气氧化环己烷的方法 技术领域 0001 本发明涉及超细 AlOOH 固载金属卟啉。
6、的制备方法, 并以此类固载金属卟啉为催化 剂, 选择性催化空气氧化环己烷制备环己酮和环己醇的工艺。 背景技术 0002 环己酮和环己醇是重要的化工原料, 二者的混合物俗称 KA 油, 现阶段主要是在催 化剂存在下通过分子氧对环己烷的氧化来制备, 工艺制备条件相对温和, 一般温度控制在 100 200之间, 压强控制在 2.0MPa 之内。为防止醇、 酮被进一步氧化, 获得比较理想的 选择性, 工业上一般把转化率控制在 4 6, 环己酮和环己醇选择性在 75 85。传 统工艺依然存在单程转化率低、 选择性不高、 催化剂用量大且不易 ( 或不能 ) 回收、 分离困 难和对环境的污染较大等问题。目前。
7、, 环己烷氧化工艺所用催化剂种类很多, 包括有机金 属盐、 过渡金属及其氧化物和盐、 具有配位功能的有机配体同金属离子络合物等。最近几 十年, 国内外学者对金属卟啉在仿生催化氧化烷烃和烯烃的研究进行了大量且有意义的工 作, 使这类作用条件温和且高效的催化剂从理论研究过渡到实际应用, 走出实验室进入工 业生产。 湖南大学郭灿城教授领导的科研小组在开发金属卟啉空气催化氧化烃类的研究上 作出了重大贡献, 该小组开发出的金属卟啉空气催化氧化环己烷的工艺 (CN 1405131A) 已 投入到实际生产中, 是仿生催化剂走向工业化的成功范例。此工艺不但提高了环己烷的转 化率和醇酮的选择性, 而且催化剂的良。
8、好性能和温和的生产条件可以改善传统工艺生产中 存在的诸多不利因素, 产生巨大的经济效益和社会效益。 0003 金属卟啉由于稳定性不高, 在反应过程中容易发生自身聚合或被氧化破坏, 导致 催化效率降低, 另外, 一些烃类催化氧化的反应条件比较苛刻, 很大程度地限制了金属卟啉 在实际生产中的应用。为了解决这些问题, 提高金属卟啉的稳定性, 改善其催化性能, 国内 外学者在合成和保护金属卟啉这一领域也做了许多有意义的工作, 希望通过合成稳定性更 高, 催化性能更好的新型金属卟啉, 同时也希望找到一些不但能有效固载金属卟啉而且能 改良其催化性能的优秀载体, 制备出能适合更宽反应环境的固载金属卟啉催化剂。
9、, 以满足 工业催化发展的需要。固载材料可分有机和无机两大类, 有机方面主要包括生物大分子和 高分子聚合物等 ; 无机方面主要包括非金属氧化物、 金属氧化物及其盐、 无机高分子材料、 沸石和分子筛等。固载方式主要有轴向配位、 卟啉环上取代基键合、 空位包夹和表面吸附 等。 但如今的固载金属卟啉催化剂依然存在一些不足之处, 例如 : 单位质量金属卟啉回收重 复使用次数少而且催化活性随循环使用而降低。 因此, 研究金属卟啉的固载, 提高其重复使 用效率仍然是一个具有挑战性的课题。 发明内容 0004 本发明目的是提供一种用超细 AlOOH 固载金属卟啉的方法, 克服目前环己烷氧化 工艺中存在的单程。
10、转化率低、 选择性不高、 单位质量金属卟啉重复使用率低的缺陷。 0005 本发明是这样实现的 : 说 明 书 CN 101367709 B2/4 页 4 0006 一种用超细 AlOOH 固载金属卟啉的方法, 将固载金属卟啉的载体超细 AlOOH 经机 械搅拌分散于极性有机溶剂中, 再加入有机溶剂溶解的金属卟啉, 保持 60 至 70并搅拌 6 8h, 利用减压蒸馏除去有机溶剂, 经抽滤、 洗涤、 滤饼在 100 170真空烘干 6 10h 即得超细 AlOOH 固载金属卟啉催化剂, 所述的有机溶剂为低沸点的醇类和酮类。 0007 所述固载金属卟啉的载体是氢氧化镁、 氢氧化锌、 氢氧化铁、 氢。
11、氧化锆或氢氧化铝 其中的一种。 0008 所用金属卟啉结构通式为以下两类 0009 0010 0011 I 为单金属卟啉通式 0012 II 为双金属卟啉通式 0013 其中, R H, 所用载体为超细 AlOOH。 0014 所述超细 AlOOH 固载金属卟啉用于催化空气氧化环己烷的方法为 : 取 0.5 2.0mg 超细 AlOOH 固载金属卟啉当量的固载催化剂于 500ml 高压釜内, 加入 200ml 环己烷。 空气压强控制在 0.6 1.0MPa, 温度控制在 130 150, 搅拌转速控制在 200 600 转 / 分钟, 空气流量为 0.04m3/h, 达到设定温度后通空气反应 。
12、2 3.5h。 0015 与现有的环己烷氧化工艺相比, 本发明具有很多优势 : 0016 1、 以超细 AlOOH 固载的四苯基单金属卟啉和 - 氧双金属卟啉为催化剂, 主催化 剂相对的摩尔浓度为 3 910-6mol/L, 催化空气选择性氧化环己烷制备环己酮和环己醇 说 明 书 CN 101367709 B3/4 页 5 取得相当好的效果, 环己烷的转化率超过 9, 醇酮选择性高于 85, 催化剂转化数可达 2.0105, 反应后催化剂回收使用多次依然保持很好的催化活性。 0017 2、 超细 AlOOH 固载金属卟啉作为一种异相催化剂, 比作为均相催化剂的金属卟啉 的催化性能有很大的提高,。
13、 更具有仿生的意义。此类固载催化剂制备简单、 成本低、 金属卟 啉用量少、 易于从产物中分离, 同时也适用各种反应装置。最重要的是通过固载, 有效的保 护了金属卟啉不被氧化剂破坏, 使其能够高效重复使用, 是一种绿色环保的工业仿生催化 剂。 具体实施方式 0018 实施例 1 0019 1、 制备超细 AlOOH 固载四苯基锰卟啉 : 将超细 AlOOH 经机械搅拌分散于极性有机 溶剂中, 再加入有机溶剂溶解的金属卟啉, 保持 60 至 70并搅拌 6 8h, 利用减压蒸馏除 去有机溶剂, 经抽滤、 洗涤、 滤饼在100170真空烘干610h即得超细 AlOOH固载金属 卟啉催化剂, 0020。
14、 2、 超细 AlOOH 固载四苯基锰卟啉的使用方法 : 将 1.0mg 含有固载的四苯基锰卟啉 的超细AlOOH固载催化剂投入到500ml反应釜中, 加入200ml环己烷, 反应温度145, 反应 压强 0.8MPa, 搅拌速度为 200 转 / 分钟, 反应时间 3.0h。环己烷的转化率为 12.8, 酮醇选 择性 85.3, 催化剂转化数 1.57105。回收的催化剂在此反应条件下重复催化 8 次, 环己 烷的转化率分别为 : 9.6、 10.9、 12.9、 13.3、 11.9、 13.0、 12.6、 和 12.0, 选 择性分别为 88.9、 85.3、 85.0、 85.9、 。
15、84.8、 86.0、 85.3和 86.1。当催化剂 投入量为 0.5mg 时, 环己烷的转化率为 : 10.0, 选择性为 85.4, 转化数为 2.45105。 0021 实施例 2 0022 1、 制备超细 AlOOH 固载四苯基钴卟啉的方法同实施例 1。 0023 2、 超细 AlOOH 固载四苯基钴卟啉的使用方法 : 将 1.0mg 含有固载的四苯基钴卟啉 的超细AlOOH固载催化剂投入到500ml反应釜中, 加入200ml环己烷, 反应温度145, 反应 压强 0.8MPa, 搅拌速度为 200 转 / 分钟, 反应时间 3.0h。环己烷的转化率为 9.7, 酮醇选 择性91.7。
16、, 催化剂转化数1.2105。 回收的催化剂在此反应条件下重复催化9次, 环己烷 的转化率分别为 : 9.5、 9.0、 9.4、 8.5、 8.9、 9.1、 9.4、 9.2和 9.0 ; 选择性 分别为 92.0、 91.2、 92.5、 91.9、 93.1、 95.2、 94.3、 92.9和 92.5。当催化 剂投入量为 0.5mg 时, 环己烷的转化率为 : 7.9, 选择性为 93.1, 转化数为 1.98105。 0024 实施例 3 0025 1、 制备超细 AlOOH 固载四苯基铁卟啉的方法同实施例 1。 0026 2、 超细 AlOOH 固载四苯基铁卟啉的使用方法 : 。
17、将 1.5mg 含有固载的四苯基铁卟啉 的超细AlOOH固载催化剂投入到500ml反应釜中, 加入200ml环己烷, 反应温度140, 反应 压强 0.8MPa, 搅拌速度为 200 转 / 分钟, 反应时间 3.0h。环己烷的转化率为 10.1, 酮醇选 择性 89.6, 催化剂转化数 0.88105。回收的催化剂在此反应条件下重复催化 8 次, 环己 烷的转化率分别为 : 8.6、 8.8、 9.6、 9.5、 9.0、 8.7、 8.9和 9.0, 选择性分别 为 88.7、 86.9、 87.6、 87.9、 87.4、 87.5、 88.0和 87.5。当催化剂投入量为 0.5g 时。
18、, 环己烷的转化率分别为 : 6.1, 选择性为 87.2, 转化数为 1.56105。 说 明 书 CN 101367709 B4/4 页 6 0027 实施例 4 0028 1、 制备超细 AlOOH 固载 - 氧四苯基双铁卟啉的方法同实施例 1。 0029 2、 超细AlOOH固载-氧四苯基双铁卟啉的使用方法 : 将1.0mg含有固载的-氧 四苯基双铁卟啉的超细 AlOOH 固载催化剂投入到 500ml 反应釜中, 加入 200ml 环己烷, 反 应温度 140, 反应压强 0.8MPa, 搅拌速度为 200 转 / 分钟, 反应时间 3.0h。环己烷的转 化率为 8.8, 酮醇选择性 。
19、87.2, 催化剂转化数 2.08105。回收的催化剂在此反应条件 下重复催化 8 次, 环己烷的转化率分别为 : 8.3、 9.1、 11.3、 11.2、 10.7、 10.3、 9.6、 9.9, 选择性分别为 84.7、 85.7、 84.5、 85.3、 86.1、 85.4、 86.3、 86.6。当催化剂投入量为 0.5mg 时, 环己烷的转化率为 : 4.8, 选择性为 90.1转化数 为 2.19105。 0030 实施例 5 0031 1、 制备超细 AlOOH 固载 - 氧四苯基双锰卟啉的方法同实施例 1。 0032 2、 超细 AlOOH 固载 - 氧四苯基双锰卟啉的使。
20、用方法 : 0033 将 1.0mg 含有固载的 - 氧四苯基双锰卟啉的超细 AlOOH 固载催化剂投入到 500ml 反应釜中, 加入 200ml 环己烷, 反应温度 145, 反应压强 0.9MPa, 搅拌速度为 200 转 / 分钟, 反应时间 3.0h。环己烷的转化率为 9.3, 酮醇选择性 89.3, 催化剂转化数 2.2105。回收的催化剂在此反应条件下重复催化 9 次, 环己烷的转化率分别为 : 8.6、 8.9、 9.1、 8.8、 8.9、 8.6、 8.3、 8.1、 8.4, 选择性分别为 90.1、 89.5、 88.3、 89.9、 91.1、 91.5、 90.2、。
21、 91.3、 90.7。当催化剂投入量为 0.5mg 时, 环 己烷的转化率为 : 6.8, 选择性为 90.7, 转化数为 3.15105( 按金属双核为一单位算 )。 0034 实施例 6 0035 1、 制备氢氧化镁固载四苯基锰卟啉 : 将氢氧化镁经机械搅拌分散于极性有机溶剂 中, 再加入有机溶剂溶解的四苯基锰卟啉, 保持 60 至 70并搅拌 5h, 利用减压蒸馏除去有 机溶剂, 经抽滤、 洗涤、 滤饼在 150真空烘干 6h 即得氢氧化镁固载金属卟啉催化剂, 0036 2、 氢氧化镁固载四苯基锰卟啉的使用方法 : 将 1.0mg 含有固载的四苯基锰卟啉的 氢氧化镁固载催化剂投入到 5。
22、00ml 反应釜中, 加入 200ml 环己烷, 反应温度 145, 反应压 强 0.9MPa, 搅拌速度为 200 转 / 分钟, 反应时间 3.5h。环己烷的转化率为 9.8, 酮醇选择 性 88.9, 催化剂转化数 1.2105。回收的催化剂在此反应条件下重复催化 8 次, 环己烷 的转化率分别为 : 9.6、 9.9、 9.5、 9.7、 9.1、 9.3、 8.6、 和 8.9, 选择性分别 为 88.9、 89.3、 89.0、 89.4、 89.5、 88.0、 89.3和 89.7。当催化剂投入量为 0.5mg 时, 环己烷的转化率为 : 5.2, 选择性为 89.4, 转化数为 1.27105。 说 明 书 。