隨著化工行業(yè)的不斷發(fā)展，樹脂作為固體酸堿催化劑在醚化和醚鍵裂解反應(yīng)、水合反應(yīng)、酯化反應(yīng)、縮合和環(huán)化反應(yīng)等領(lǐng)域中的應(yīng)用也得到不斷地發(fā)展。它作為固體酸、堿催化劑與硫酸、鹽酸、氫氧化鈉(鉀)這些常規(guī)的酸、堿催化劑的作用是一樣的。
催化劑樹脂是攜帶了能夠催化反應(yīng)的活性官能團的不溶性聚合物。 “強酸型陽離子交換樹脂”和“強堿型陰離子交換樹脂”可以被用作催化劑，視催化工藝選擇催化劑，即根據(jù)催化特定反應(yīng)所需要的功能類型。然而，“強酸型陽離子樹脂”則在工業(yè)中應(yīng)用的更普遍，用于那些使用礦物質(zhì)酸做催化的反應(yīng)中。它們可以被用來替代H2SO4和PTSA(對甲苯磺酸)等。“強堿型陰離子交換樹脂”常用于堿催化反應(yīng)中。
催化劑樹脂的優(yōu)勢
作為固體催化劑的性質(zhì)，樹脂催化劑是異質(zhì)性的，與同質(zhì)催化劑相比具有以下優(yōu)勢:
1、容易從反應(yīng)混合物中分離出來，因此適合于連續(xù)反應(yīng);
2、不需要中和或者濃縮催化劑;
3、可以重復(fù)使用數(shù)個工藝周期;
4、消除了廢物處理問題;
5、對于所需產(chǎn)物有更高的選擇性和較少的副產(chǎn)物;
6、減少了對設(shè)備的腐蝕程度;
7、是保證期望的反應(yīng)效率和更高的產(chǎn)出率的一種清潔安的生產(chǎn)工藝。
用樹脂催化劑催化的工藝類型
離子交換樹脂催化劑可以分為兩種類型
1、水相反應(yīng)：催化作用中，水是反應(yīng)的一個組成部分或者水性體系或者是水和有機溶劑的混合物;
2、非水相反應(yīng)：催化作用中水不是反應(yīng)的一個組成部分。
在種工藝中，可以使用凝膠型或者大孔型催化劑;在種工藝中，大孔型催化劑比凝膠型的作用更好，因為在非極性溶液存在的時候，樹脂架構(gòu)的溶脹不充分會導(dǎo)致非常差的擴散和反應(yīng)的動力學(xué)。
對于非水相催化工藝，微量的水存在，對整個反應(yīng)速率都是不利的，因為水具有極高的極性，被強烈的吸附在樹脂的表面。
工業(yè)中用樹脂催化劑工藝的反應(yīng)類型
攪拌反應(yīng)器
1、裝有渦輪葉片葉輪和擋板的攪拌反應(yīng)器用于裝載了催化劑樹脂的間歇式反應(yīng)。確保催化劑適當(dāng)?shù)膽腋≡诜磻?yīng)混合物中間是非常重要的;
2、帶有擋板的渦輪攪拌器是確保反應(yīng)混合物和樹脂催化劑之間具有合適的速度差所必需的;
3、需要監(jiān)測攪拌器的速度以確保具有足夠的剪切，但無論如何不能在較高的一側(cè)，因為這將導(dǎo)致催化劑珠粒的磨損。
固定床反應(yīng)器
連續(xù)固定床反應(yīng)器也被用于用樹脂催化劑催化的“液液”反應(yīng)，例如用苯酚制造壬基酚。這樣的反應(yīng)器也用于用樹脂做催化劑催化的“氣液”反應(yīng)，例如用苯酚異丁烯去生產(chǎn)叔丁基苯酚的反應(yīng)。
催化劑與反應(yīng)物合適的接觸時間以及反應(yīng)物的流體動力學(xué)都是重要的標(biāo)準。那么，如何確定所需要樹脂催化劑的量呢?
這可以通過對所述的非均相催化劑的哈米特酸度值(Hammett)和樹脂催化劑所對應(yīng)的值來確定。例如，TulsimerT-63MP的哈米特酸度值為2.2.這相當(dāng)于40%的硫酸的哈米特酸值。因此，所用的TulsimerT-63MP的量大約為所用硫酸的質(zhì)量的2.5倍。(對于需要用1Kg硫酸的，可以使用2.5Kg TulsimerT-63MP樹脂。)
影響樹脂催化劑活性的因素
1、存在的一些雜質(zhì)離子，像Na+ K+ Ca2+等會傷害H+陽離子樹脂催化劑;像碳酸鹽，氯化物和硫酸鹽可能會傷害陰離子催化劑樹脂。
2、有機污染物會阻塞聚合物基質(zhì)或者官能團，從而導(dǎo)致催化劑活性的整體下降。
3、更高的工藝溫度會影響強酸型樹脂催化劑的官能團，這將是不可逆的;還有聚合物基質(zhì)在高溫下有可能會變得不穩(wěn)定。
使用Tulsimer催化劑樹脂工藝的案例
芳香烴的烷基化
烷基酚是通過苯酚的烷基化制備的，或者在用陽離子交換樹脂做催化劑用烯烴代替苯酚制得。
例如，十二烷基苯酚選用苯酚和1-十二碳烯制備。
這個反應(yīng)對水具有極高的敏感度，水將嚴重阻礙反應(yīng)的速率和十二烷基酚的鄰為比率。
其它可以使用TulsimerT-63MP催化的工藝
壬基酚=苯酚與壬烯
異丙苯=苯與丙烯烷基化
叔丁基=苯酚與異丁烯
......
雙酚
雙酚是由苯酚和羧基化合物如丙酮，在樹脂催化劑的催化下反應(yīng)制得。這個反應(yīng)的速率可以通過推廣樹脂催化劑促進劑來提高。
酯化
催化劑樹脂非常適合于用烯烴和醇為原料的酯化反應(yīng)。用醇的酯化反應(yīng)酯化作用生成的水應(yīng)該在反應(yīng)過程中連續(xù)不斷的去除掉。
例如，甲醇與乙酸生成的乙酸甲酯。
水被去除可以促進反應(yīng)向著前進的方向進行
當(dāng)烯烴被用于酯化反應(yīng)中，它是無水的酯化反應(yīng)，例如苯酚與烯烴的酯化反應(yīng)。
例如，醋酸與莰烯的酯化反應(yīng)：
酯交換
乙酸甲酯與正丁醇的酯交換反應(yīng)通過使用樹脂催化劑催化生成乙酸丁酯和甲醇，這已經(jīng)在PVA行業(yè)成熟應(yīng)用，乙酸甲酯作為副產(chǎn)物出現(xiàn)。
縮醛或縮酮
醛或酮與醇反應(yīng)制得縮醛或者縮酮。乙二醇與甲醇在樹脂催化劑的催化作用下反應(yīng)生成1.3- 二氧戊環(huán)，用于涂料工業(yè)的溶劑。乙醛是由甲醛和乙醇反應(yīng)形成的。
一般反應(yīng)：
醚化
非常普遍，陽離子催化劑樹脂廣泛應(yīng)用于醚的生產(chǎn).
例如:
MTBE (甲基叔丁基醚): 異丁烯與甲醇反應(yīng)制備;
ETBE (乙基叔丁基醚): 異丁烯與乙醇反應(yīng)制備;
TAME (叔戊基甲基醚): 甲醇與異戊醇反應(yīng)制備;
這些常作為辛烷增強劑用在無鉛汽油中：
使用Tulsimer催化劑樹脂的催化工藝
苯酚烷基化、芳烴的烷基化、酯化、酯交換、縮醛或縮酮、羥醛縮合、冷凝、Knovenagel縮合反應(yīng)、醚化、烯烴的水合、水解、聚合和異構(gòu)化、二聚、加氫。
Tulsimer固體催化劑樹脂產(chǎn)品：
1、酯化、烷基化、醚化：
可使用TulsimerT-63MP、TulsimerT-66MP、TulsimerT-62MP;
2、縮合、雙酚A：
可使用TulsimerT-38、TulsimerT-3825;
3、堿催化反應(yīng)：
可使用TulsimerA-74MP;
4、反應(yīng)基團的保護與脫保護：
可使用TulsimerT-308、Tulsimer308M
除了上述標(biāo)準產(chǎn)品外，我們還可以根據(jù)工藝需要而加工，Tulsimer催化劑樹脂可以被制成干、濕兩種形式供應(yīng)。同時，為了更好的滿足客戶特定的工藝需求，科海思可進行定制化服務(wù)。
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科海思(北京)科技有限公司成立于2010年，致力于環(huán)保技術(shù)革新，圍繞企業(yè)在廢水處理、資源回收、凈水處理、危廢處理、工藝缺陷等環(huán)境治理過程中成本高、難度大、穩(wěn)定性差的現(xiàn)狀，為企業(yè)提供更高效、可持續(xù)、的解決方案。作為行業(yè)技術(shù)推行者，2011年與美國Thermax集團、德國Watch集團合作成為其中國區(qū)總代理，將“特種離子交換樹脂”引進國內(nèi)，基于國情進行工藝創(chuàng)新，添補行業(yè)空缺，完成技術(shù)。在推廣實踐中，倡導(dǎo) “環(huán)保治理化”新理念，運用先進技術(shù)在治理的同時進行廢物資源再生，將企業(yè)環(huán)保建設(shè)從單純投入轉(zhuǎn)為開源投資。
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