主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 贵州大学     

基本信息

项目名称:
橡胶硫化促进剂二硫化二苯并噻唑的清洁生产方法
小类:
能源化工
简介:
本作品充分发挥交叉学科优势,开发了二硫化二苯并噻唑(DM)的清洁生产方法,已申请发明专利。该作品发明了一种未见报道的催化剂,成功催化氧化2-巯基苯并噻唑合成DM,所得产品质量达到国家优级标准GB/T 11408-2003;有效地解决了现有生产方法存在的问题,符合国家节能减排的政策。对一个年产量在1万吨/年的中型生产厂家,每年的利润将会达到五千万,社会经济效益显著。
详细介绍:
DM(二硫化二苯并噻唑)是一种橡胶硫化促进剂,被广泛使用在轮胎、软管、橡胶垫、防水布、艳色的橡胶帛品、胶管、电线、电缆、胶鞋等非食品应用的橡胶制品;DM也用于生产其他许多高端硫化促进剂,被称为硫化促进剂行业的中枢产品。另外,优级DM又是头孢类抗菌素的重要药物中间体。 本作品结合化学、化工、材料等学科的知识,充分发挥交叉学科优势,开发了二硫化二苯并噻唑(DM)的清洁生产方法,已申请发明专利。该作品发明了一种未见报道的催化剂,成功催化氧化2-巯基苯并噻唑合成DM,所得产品质量达到国家优级标准GB/T 11408-2003;有效地解决了现有生产方法存在的产品质量差、污染严重等问题,符合国家节能减排的政策。对一个年产量在1万吨/年的中型生产厂家,每年的利润将会达到五千万,社会经济效益显著。 本作品创新点如下: (1)本作品研发了一种未见报道的新型高效催化剂,成功用于M的催化分子氧氧化合成DM。 (2)本作品所使用的分子氧氧化剂,不需要加额外的酸碱,副产物只有水,反应条件温和,绿色环保。 (3)本作品与现行的DM生产方法相比,工艺设备简单,所得的产品质量较好,达到国家优级标准GB/T 11408-2003,不需纯化,既可用于药物生产。 (4)本作品所得母液可以循环利用5-6次,可利用现有的生产工艺设备,不需要做大规模的改变,即可完成装备的改进,大大减少生产成本。 (5)本作品操作简便,采用“一锅煮”方法即成功反应,除产品为不溶于溶剂的固体外,其他组分均溶于溶剂,经简单分离,即可制得质量较高的产品。 (6)本作品充分利用烟道气做为能量来源,对产品进行干燥,变废为宝,极大地节约了能源,符合国家节能减排的政策。

作品图片

  • 橡胶硫化促进剂二硫化二苯并噻唑的清洁生产方法
  • 橡胶硫化促进剂二硫化二苯并噻唑的清洁生产方法
  • 橡胶硫化促进剂二硫化二苯并噻唑的清洁生产方法
  • 橡胶硫化促进剂二硫化二苯并噻唑的清洁生产方法

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

目的、思路:氧气是廉价易得的绿色氧化剂,但其键能494KJ/mol,基态无活性。本项目拟开发高效催化剂,使催化剂与氧气分子之间配位,减弱惰性氧原子之间的化学键,从而活化分子氧,使其在温和条件下即用作氧化剂。若成功地开发出相应氧化M制备DM的新方法,既可有效地提高产品质量,又能避免废物排放,从源头消除现行工业生产方法的大量废水排放,实现清洁生产,具有明显的应用前景。 与传统DM生产方法相比,创新点:1.研发了一种未见报道的催化剂,成功用于DM的合成。2.采用氧化剂氧气,副产物只有水,绿色环保。3.所得的产品质量达到国家优级标准GB/T 11408-2003,不需纯化,既可用于药物生产。4.母液可以循环利用5-6次,大大减少生产成本。5.操作简便,采用“一锅煮”方法即成功反应,经简单分离,即得优级产品。6.利用烟道气作能量来源,对产品进行干燥,变废为宝,符合国家节能减排的政策。 技术关键:金属络合物催化剂研发是关键,金属离子和小分子配合物的配比和催化氧化时温度、氧压、反应时间、催化剂的量、搅拌速度都会显著影响DM的质量。 主要技术指标:产品DM,收率>95%,纯度>99%;外观:白色粉末;初熔点/℃ ≥170.0;加热减量的质量分数/% ≥0.30;灰分的质量分数/% ≤0.30;筛余物的质量分数/% ≤0.0。

科学性、先进性

科学性:现行工业多采用亚硝酸钠氧化法生产DM,产品质量较差,仅能达到国标一级标准GB/T 11408-2003,用作橡胶硫化促进剂尚可,用于药物生产的优级DM则需要再纯化;且产生大量的含盐和氮化物酸性废水,治理起来成本高,未治理排放污染严重。因此,急需升级换代。本作品研究的DM生产新方法,巧妙地利用金属络合物活化分子氧和原料M中硫氢键较弱的特点,通过催化剂与氧分子配位来活化氧气,使其在温和条件下即可用于氧化;通过自由基氧化偶联反应,开发了M制备DM的新技术。且不使用额外的酸碱,副产物只有水,绿色环保,后处理简单,实现了DM的清洁合成,提高了产品质量,适宜工业化,应用前景好。 先进性:文献调研未见有相近的技术报道,本作品研究的DM生产新方法具有明显的创新性和先进性,已经申请发明专利,申请号:201110063995.2。

获奖情况及鉴定结果

2011年04月获学校第九五届大学生挑战杯课外学术科技作品竞赛一等奖

作品所处阶段

中试阶段

技术转让方式

技术转让给商丘嘉美化工有限公司

作品可展示的形式

样品,图片,照片,图纸

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

本课题组结合化学、化工、材料、能源等学科的知识,开发出的二硫化二苯并噻唑的清洁生产方法,工艺简便,0.4 MPa压力、<100℃的温和条件下,可使原料M完全转化,简单分离即得产品DM,收率>95%,纯度>99%,达到国标优级标准GB/T 11408-2003。无“三废”产生,安全有效,完全适应于工业化生产。 使用说明和范围:1. DM储存时应保持干燥,使用期为两年。2.产品DM不仅能用作橡胶硫化促进剂,且不需进一步纯化即可用于药物生产。 推广前景:本作品研究的新方法,不仅能降低生产成本,提高产品质量,而且能够从源头消除“三废”污染。此外,该制备方法可利用现有的生产条件,推广前景好。按目前2.1万元/吨的DM市场价计算,使用该技术生产一吨产品可获得0.5万元以上的利润。一个生产1万吨/年的中型生产规模,每年满负荷的利润将会达到5000万。据估计,我国的DM产量约为30万吨/年,所以,本作品研究的新方法具有明显的应用价值和经济效益。

同类课题研究水平概述

目前国内外工业生产DM常用的氧化生产方法主要有以下四种: 第一种:以M为原料,亚硝酸钠为氧化剂,在酸性介质中通入空气氧化而得。 该氧化方法使用的亚硝酸钠为计量氧化剂(与原料M的摩尔比为2:1),会产生与原料等当量硫酸钠盐和二当量的氧化氮酸性废水,治理成本高,未治理排放污染严重。而且生产的DM质量较差,仅能达到国标一级标准,用作橡胶硫化促进剂尚可,用于药物生产的优级DM需要再纯化。 第二种:以M处理成钠盐,再用氯气氧化,生产DM。 该生产方法需要先将M制成其相应的碱式盐,使得工艺复杂;此法虽能从根本上消除氮氧化物,但氯气还能与芳香类化合物生成氯代芳烃和致癌物质噁英,如若防护不慎,对人伤害很大;且产品为粉体,质地坚硬,筛选困难,需要用温水洗涤等方法才会使粉体松散,产品利用困难。 第三种:将M处理成铵盐,再以次氯酸钠为氧化剂生产DM。 该生产方法与前两种生产方法相比,所用试剂的毒性减小,且采用的工艺设备较简单,操作方便,生产安全。但是在生产过程中,会产生高浓度的氯化钠废水,造成严重的“三废”污染,与倡导的绿色化学相悖。 第四种:常用的用氧气做氧化剂催化氧化M生产DM的方法。 该生产方法与前三种生产方法相比,原料M不需要纯化即可用于生产,明显节约了时间和能源,且副产物只有水,整个流程操作方便安全。但是在生产过程中,会产生铵盐废水,循环利用能耗大,因而造成严重的“三废”污染;且M氧化前需进行成盐处理,使工艺繁琐。 通过对以上四种生产工艺的分析比较,我们不难看出,当前成熟的DM的制备方法存在氧化剂毒性大、“三废”污染严重、生产废水难以处理、,工艺复杂等诸多问题。因此,开发绿色、高选择性、高效的DM生产工艺具有重要的科学意义。 近年来研究发现,以M为原料,催化分子氧氧化得到DM,具有良好的应用前景,相应催化剂研究的报道很多,包括均相、多相、生物与仿酶等各个催化领域,但多处于基础研究阶段,至今未见工业化应用的报道。
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