催化加氫在化學化工的應用

凌鑫 陳志文

【摘 要】介紹了催化加氫在化學化工中的應用，并提出了加氫催化劑的分類和催化加氫的意義。

【關鍵詞】催化加氫應用;催化劑;催化加氫意義

中圖分類號：TQ201 文獻標識碼：A

近幾年我國催化加氫技術在技術開發與推廣使用上都有重大突破，已在化學化工生產上得到廣泛應用。本文主要介紹了催化加氫的應用，加氫催化劑的分類及催化加氫的意義。

1催化加氫技術應用

1.1合成防老劑4030

防老劑4030是一種極佳的靜態抗老化防護劑，在橡膠行業中具有廣泛的應用，但國內對其研究和生產鮮有報道【1】，主要原因在于原料對苯二胺的沸點較低，易升華，若采用常規催化劑，需要較高的反應溫度和反應壓力，鉑系催化劑兼具高活性和高選擇性，在催化合成領域內具有明顯的優勢。用鉑/碳催化劑作為防老劑4030加氫縮合反應的催化劑，將5-甲基-2-己酮和PPD按一定比例加至500?mL的高壓釜，加入設定量的催化劑，密封高壓釜，然后依次用氮氣和氫氣置換3次。通入氫氣至設定壓力后開啟攪拌，加熱至設定溫度后開始反應。反應結束后，過濾含催化劑的反應混合液，用少量乙醇洗滌催化劑以重復使用。混合液在氮氣保護下，采用減壓蒸餾以回收未反應的5-甲基-2-己酮，剩下的液體即為防老劑4030。

1.2 合成2，5-二氨基甲苯

2，5二氨基甲苯廣泛應用于醫藥中間體、染發劑、高分子材料等領域，可作為助劑應用在膜處理領域。在以聚酰胺為材料的復合膜材料反滲透處理系統中，以2，5-二氨基甲苯作為助劑來提升膜的相關物性參數中;在染發領域中，以2，5二氨基甲苯為中間原料合成高檔化妝品中的新色素或添加成分。利用催化加氫的方法可以合成2，5-二氨基甲苯，在100mL不銹鋼高壓釜中放入轉子，依次加人2-氨基偶氮甲苯4?g.5%?Pd/MC催化劑0.04?g，溶劑為甲醇-水40?mL（體積比3：7），用NaOH調節pH值至8，然后封釜并檢漏。用氫氣置換3次，打開磁力攪拌器，通人氫氣，以15?C/min的升溫速率升至80?C，將反應壓力補充至規定壓力。反應過程中注意需要補充消耗的氫氣。

1.3 制備苯并三氮唑類紫外吸收劑UV-p

催化加氫法制備UV-P，因反應快、三廢排放少、生產成本低，是一種綠色清潔高效的制備方

法【2】。將適量氫氧化鈉溶于適量去離子水和適量乙醇后，倒人200?mL高壓釜中，加入2?g偶氦染料，適量催化劑。用氮氣置換3次，氫氣置換3次。加熱升溫，并調節攪拌轉速。待反應結束，冷至室溫，開釜取出液體，過濾催化劑，并用濃硫酸調節pH到3。過濾得沉淀，用甲醇洗滌濾餅，并在60°C干燥，稱重。取少量樣品溶于甲醇中，用高效液相色譜分析產物組成。各組分相對含量都是采用液相色譜面積歸化法計算得到。

1.4苯胺催化加氫制環己胺

主要方法是新氫（或苯胺裝置尾氫）和循環氫經換熱后，與預熱后的苯胺按13?～?20：1（物質的量之比）混合，進入苯胺汽化過熱器，氣態苯胺和氫氣一同進入裝有鈷催化劑的立式多管固定床加氫反應器內進行加氫反應。控制反應熱點溫度為160?9C～175?C，壓力為25-50?kPa，空速為0.1～0.25hr。反應后的混合氣體從固定床頂部逸出后經換熱移走-部分熱量后再進人冷凝器，實現氣液分離。冷凝液經冷卻后進人環已胺粗品罐【3】。

2.催化劑

催化劑是影響加氫還原反應的主要因素。催化劑多選用Pd/C、Pt/C、骨架鎳等。當加氫還原使用催化劑鎳效果不佳時，可以選擇貴金屬催化劑鈀、鉑，以碳為載體。

2.1鈀系催化劑

制備鈀催化劑方法：先將氯化鈀溶解在0.1?mol/L的鹽酸溶液中，用計量的活性炭加到氯化鈀的水溶液中。使鈀充分浸到活性炭上，在110?°C下干燥。用氫氣在100-300?C下還原，或者浸漬后.直接用甲醛、苯肼等還原劑還原，該方法也適用于大多數貴金屬催化劑的制備。

2.2鉑系催化劑

制備PtO2催化劑方法：制備方法為將氯鉑酸溶于水中。加入過量的硝酸鈉。烘干后迅速加熱到350°C，發生熔融和分解，產生二氧化氮氣體時出現褐色沉淀，再升高溫度至500-550°C，分解結束，冷卻產生二氧化鉑加氫催化劑。Pt/C催化劑制備方法：先用少量水將活性炭濕潤，再加入氯鉑酸水溶液，在50?C下.浸漬4?h;冷卻后加入碳酸鈉水溶液到堿性。隨后一面攪拌，一面滴加肼的水溶液;加入過量的肼后，在水浴上加熱1-2?h使氯鉑酸還原;還原結束后，過濾，水洗后在干燥器中真空干燥。

2.3?活性炭/載體

活性炭雖然被稱為載體，但具有催化和助催化能力，因此對活性炭要求較高，對其加工選材都非常有講究，活性炭不能混有機械雜質、鹽以及未被碳化的松香類膠質等。材料-?-般選擇硬質木、果核等。另外作為載體或助催化劑的還有硫酸鋇、碳酸鈣、氧化鋁等。可彌補活性炭的一些不足。

3.催化加氫的意義

（1）催化加氫--般生成產物和水，不會生成其他副產物（副反應除外），具有很好的原子經濟性。綠色化學是當今科研和生產的世界潮流，我國已在重大科研項目研究的立項上向這個方向傾斜。（2）產品收率高、質量好。普通的加氫反應副反應很少，因此產品的質量很高。（3）反應條件溫和。（4）設備通用性強。

4.結語

催化加氫技術在精細化工生產中具有連續性操作、污染小、生產環境好等優點。但本工藝對氫源要求高、催化劑比較復雜甚至比較昂貴。因此應尋找良好催化效果的非貴金屬催化劑，催化加氫還原工藝還應進一步改進和完善。但應該承認加氫催化在化學化工生產中是很有發展前途的。

參考文獻：

[1]崔玉花，昧雪蓋，崔玉.生聲橡膠防老剤4030的催化剤的研制[J].山末化工，2015，44（6）：25?-?27.

[2]司磊磊，苯并三唑類紫外線吸收劑的合成研究[D].天津：天津大學，2017.

[3]嚴菁.苯胺氣相常壓加氫制環己胺催化劑的研究[D].天津：天津大學，2001

作者簡介：

陳志文（1999.11.16），男，壯族，廣西壯族自治區梧州岑溪市人，廣西大學化學化工學院，18級在讀本科生，本科學位，專業：化學工程與工藝;

凌鑫（1998.6.9），男，漢族，廣西壯族自治區玉林市博白縣人，廣西大學化學化工學院，18級在讀本科生，本科學位，專業：化學工程與工藝。

（作者單位：廣西大學化學化工學院）