基本信息
- 项目名称：
- 用于合成麝香草酚的分子筛催化剂的制备研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 麝香草酚是一种用途广泛的化学品，其需求量越来越大，合成麝香草酚有着较大的市场潜力与发展前景。 本研究采用水热合成法合成了催化剂Al-MCM-41介孔分子筛系列和Zn-Al-MCM-41介孔分子筛系列，采用FT-IR、X射线衍射、N2吸附-脱附、吡啶吸附红外光谱进行表征；将此催化剂应用于间甲酚气相异丙基化反应合成麝香草酚，考察了不同硅铝物质含量的A1-MCM-41分子筛和Zn-Al-MCM-41分子筛的催化性能，并进一步分析各催化剂的催化性能差异存在的可能原因，对进一步提高麝香草酚产率奠定了基础。
- 详细介绍：
- 麝香草酚是一种用途广泛的化学品，其需求量越来越大，合成麝香草酚有着较大的市场潜力与发展前景。 本研究采用水热合成法合成了催化剂Al-MCM-41介孔分子筛系列和Zn-Al-MCM-41介孔分子筛系列，采用FT-IR、X射线衍射、N2吸附-脱附、吡啶吸附红外光谱进行表征；将此催化剂应用于间甲酚气相异丙基化反应合成麝香草酚，考察了不同硅铝物质含量的A1-MCM-41分子筛和Zn-Al-MCM-41分子筛的催化性能，并进一步分析各催化剂的催化性能差异存在的可能原因，对进一步提高麝香草酚产率奠定了基础。 本作品创新之处: 用水热合成法制备不同硅/铝摩尔比的催化剂Al-MCM-41介孔分子筛系列和Zn-Al-MCM-41介孔分子筛系列，并将此催化剂用于间甲酚气相异丙基化合成麝香草酚的反应，催化效果较为满意，且以此合成麝香草酚的环保工艺国内少见报道。 所获奖励、申请的专利及发表的文章： 1.本作品获得校2008年“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖和第十届“挑战杯”广东省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。 2.2009年3月,申请中国发明专利《一种钾锶改性硅锆分子筛的制备方法》，申请号:200910037623.5 3.2009年6月，申请中国发明专利《一种间甲酚邻位取代反应的催化方法》，申请号:200910040371.1 4. 《间甲酚烷基化合成麝香草酚的研究进展》在《材料研究与应用》2008年第2卷第4期发表。 5. 《柱层析分离提纯麝香草酚的研究》于2009年3月向《天然产物与研究与开发》投稿，已收稿。 6. 《用于合成麝香草酚的分子筛催化剂的制备研究》于2009年6月向《化工新型材料》投稿。 7. 2008年8月，于广州大学广东省第三次节能减排会议口头报告。 课题来源： 广东省化学工业公共实验室开放课题项目“间甲酚异丙基化制备麝香草酚的研究” 广东省工业攻关项目：麝香草酚绿色合成路线的研究与开发，项目编号为2008B060600004
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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
- 1.本作品发明的目的和基本思路在于制备出具有独立知识产权的高活性、长寿命的催化剂，用以应用于开发麝香草酚绿色合成路线，改变目前国内麝香草酚生产工艺对环境造成的巨大污染和打破长期从国外大量进口麝香草酚的局面。建立目前国内少见报道的间甲酚异丙基化合成麝香草酚反应的新工艺以及中试验证装置并达到良好的经济效益和社会效益。 2.本作品发明的创新点在于采用水热合成法合成了Al-MCM-41介孔分子筛系列和Zn-Al-MCM-41介孔分子筛系列，并将其用于以间甲酚气相异丙基化催化合成麝香草酚的反应，国内以此工艺合成麝香草酚的少见报道。 3.本作品发明技术关键在于：研究制备用于麝香草酚绿色合成路线的催化剂体系，并解决催化剂的活性和寿命问题，以及确定合成的工艺路线。 主要技术指标：制备的催化剂活性高, 麝香草酚选择率在80%,分离提纯麝香草酚含量≥90%,催化剂使用寿命在80小时左右。
科学性、先进性
- 采用水热合成法制备用于间甲酚异丙基化合成麝香草酚催化剂Al-MCM-41分子筛系列和Zn-Al-MCM-41分子筛系列，采用FT-IR、X射线衍射、N2吸附-脱附、吡啶吸附红外光谱进行表征，并将其用于以间甲酚气相异丙基化合成麝香草酚的反应，科学地考察不同硅铝物质的量比的A1-MCM-41分子筛和Zn-Al-MCM-41分子筛催化性能，并进一步分析各催化剂的催化性能差异存在的可能原因，为进一步提高麝香草酚产率奠定了基础。且国内以此工艺合成麝香草酚的绿色路线少见报道。
获奖情况及鉴定结果
- 1.本作品获得校2008年“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖和第十届“挑战杯”广东省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。 2.2009年3月,申请中国发明专利《一种钾锶改性硅锆分子筛的制备方法》，申请号:200910037623.5 3.2009年6月，申请中国发明专利《一种间甲酚邻位取代反应的催化方法》，申请号:200910040371.1 4. 《间甲酚烷基化合成麝香草酚的研究进展》在《材料研究与应用》2008年第2卷第4期发表。 5. 《柱层析分离提纯麝香草酚的研究》于2009年3月向《天然产物与研究与开发》投稿，已收稿。 6. 《用于合成麝香草酚的分子筛催化剂的制备研究》于2009年6月向《化工新型材料》投稿。 7. 2008年8月，于广州大学广东省第三次节能减排会议口头报告。
作品所处阶段
- 研究取得好效果，制备的催化剂活性较高,麝香草酚选择率达77%，寿命82小时，进入中试阶段。
技术转让方式
- 合作入股或者转让技术均可。
作品可展示的形式
- 实物和图片，以及发表的文章和发明专利申请书。
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
- 1.本作品的技术特点是针对麝香草酚绿色合成路线制备出具有独立知识产权的高活性、长寿命的催化剂合成体系，建立目前国内少见报道的间甲酚异丙基化合成麝香草酚反应的新工艺以及中试验证装置。其优势在于制备出具有独立知识产权的高活性、长寿命的催化剂合成体系能使所开发的路线工艺路线简单，反应完成、提纯产物后，残余液可以回收再利用。反应过程中不使用有机溶剂和酸碱溶液，无废液排放，对环境友好。通过此绿色合成路线的开发，可改变目前国内麝香草酚生产工艺对环境造成巨大污染和打破长期从国外大量进口的局面麝香草酚。 2.本作品适应范围广泛，推广主要技术在于研究制备用于麝香草酚绿色合成路线的催化剂，并解决催化剂的活性和寿命问题，确定合成路线的具体工艺条件。 3.根据实验室实验结果估计以此路线生产之产品其成本不高于70元/公斤，目前市场价为130元/公斤并且持续上涨，毛利接近40%。中试装置建成后，销售额有望达到650万/年，毛利为260万/年。市场潜力较大，预计经济效益良好。
同类课题研究水平概述
- 麝香草酚是一种用途广泛的化学品，其需求量也将越来越大。在我国，麝香草酚主要来源是从百里香油、牛至油、罗勒油等中提取或通过进口。目前，从植物中提取麝香草酚的生产成本高，且过程需要用到大量的酸、碱溶液，废水会对环境造成污染。麝香草酚一般从德国进口，纯度≥99.5％的麝香草酚的最新进口价格大概14万元/吨。合成麝香草酚有着较大的市场潜力与发展前景。 传统的提取和合成麝香草酚的路线由于种种原因受到限制，如原料昂贵、合成步骤较多、产率低、催化剂寿命较短等。以间甲酚和2-卤丙烷、丙烯或异丙醇等含有异丙基的物质为原料，进行傅氏烷基化反应来制取。从近年的文献可以发现，这个合成过程可以通过选择适合的催化剂使麝香草酚的产率得到显著提高。另外，在该生产工艺中没有使用酸碱溶液和有机溶剂，而且分离出麝香草酚后的剩余组分可以重新作为原料参与反应，可进一步提高麝香草酚的产率，降低成本，减少废水的排放，与其它合成方法相比，该生产方法相对更环保可行。综上所述，通过选择合适的催化剂进行傅-克烷基化反应来制备麝香草酚是合理的生产路线。 近年来，分子筛催化剂作为对环境友好的固体酸催化剂，正逐步取代目前工业上常用的硫酸、氢氟酸和三氯化铝等具有强腐蚀性的液体酸催化剂，应用于化工过程。由于不同类型的分子筛具有大小不同的孔口，即使同一类型的分子筛通过调变硅铝比、加入模板剂和离子交换等也可以改变其孔口大小，因此分子筛作为催化剂时，对反应物和产物的分子大小和形状具有明显的择形作用，从而提高对目标产物的选择率。具有介孔结构的Al-MCM-41，由于其大孔径利于扩散，允许多个反应物分子同时进入孔中进行反应，而且其Brønsted酸性中心分散得好，并有效地阻止连续的烷基化反应，减少积碳，因此获得高的间甲酚转化率和麝香草酚选择率。由前人研究结果可以看到，不同nSi/ nAl比的Al-MCM-41和不同nSi/(nZn + nAl)比的Zn-Al-MCM-41固体酸催化剂，在以异丙醇为烷基化试剂的气相间甲酚的异丙基化合成麝香草酚反应都有一定的反应活性。 综上所述，合成了催化剂Al-MCM-41介孔分子筛系列和Zn-Al-MCM-41介孔分子筛系列，将此催化剂应用于间甲酚气相异丙基化反应合成麝香草酚是合理的，而且在国内外少见报道，将具有独立知识产权。
