化學提高轉化率的方法精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的化學提高轉化率的方法主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：化學提高轉化率的方法范文

關鍵詞：粗錫酸鈉 合成 錫轉化率

目前工業(yè)上生產錫酸鈉主要采用堿解法，堿解法以含錫物料為原料，與氫氧化鈉和水反應合成粗錫酸鈉，粗錫酸鈉用水浸出得到錫酸鈉溶液，溶液再經過除雜、過濾、結晶得到錫酸鈉晶體，晶體經烘干、包裝后得到錫酸鈉產品。此方法產出的錫酸鈉產品質量好，但存在著錫的轉化率偏低、生產成本較高的問題。

本文針對堿解法生產的不足，研究粗錫酸鈉合成各種物料配比、煅燒時間、煅燒溫度等工藝的參數，并確定最佳工藝參數。提高粗錫酸鈉合成過程中錫的轉化率、降低生產成本，提高經濟效益。

一、試驗部分

1.試驗原料及設備

試驗采用的原料主要是本公司其它工序所產生的含錫廢渣，即陽極泥、鍋面渣和錫粉篩上物等；

試驗采用的輔助材料有工業(yè)級硝酸鈉、工業(yè)級氫氧化鈉；

試驗設備：滾動電阻爐。

2.試驗原理

2Sn+3NaOH+NaNO3+3H2O =2Na2SnO3+NH3（1）

2SnO+4NaOH+O2=2Na2SnO3+2H2O （2）

3.試驗方法

采用堿解法將含錫物料按一定的比例進行搭配，在高溫下與氫氧化鈉、硝酸鈉和水反應合成粗錫酸鈉，并將粗錫酸鈉浸出、除雜后制成錫酸鈉產品。

二、試驗結果與討論

1.各種物料配比參數研究

本文以反應物料理論配比為基準比例，再在基準比配比情況下進行研究調整，找出最佳的配料方案。試驗研究過程就是分別將這些物料按Sn：NaOH：NaNO3：H2O=100：50：38：30、100：50：40：30、100：55：38：30、100：55：40：30、100：60：38：30、100：60：40：30的比例配好后，于300℃反應1小時后，再放入800℃的馬沸爐中煅燒，通過分析測定煅燒后的粗錫酸鈉中NaOH、NO3-的含量和錫的轉化率等指標，確定最佳的各種物料配比方案。

試驗表明，由于水、NaOH和NaNO3過量越多，粗錫酸鈉中NaOH、NO3-的含量增大，錫的轉化率也越高，轉化率從73.1%上升到86.7%。但當制備出來的粗錫酸鈉中游離NaOH 的含量>5%，NO3-的含量>1%時，經除雜、濃縮、烘干得到最終的錫酸鈉產品中的游離堿（NaOH）的含量>3.5%和NO3-的含量>0.1%，不符合指標錫酸鈉產品國標要求，通過試驗研究，當物料的配比為Sn：NaOH：NaNO3： H2O =100：55：40：30時，錫的轉化率為90.7%，最終的錫酸鈉產品游離堿（NaOH）的含量在2.5%～3.0%、NO3-的含量

2.粗錫酸鈉合成的煅燒溫度的研究

采用物料的配比為Sn：NaOH：NaNO3： H2O =100：55：40：30在溫度分別為：700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃條件下進行煅燒溫度的試驗。試驗表明，當煅燒溫度達到850℃～900℃時，錫的轉化率達到最高，可達到94.18%，溫度大于900℃后，錫的轉化率與溫度在850℃～900℃時的錫的轉化率相當，由于溫度過高，在生產過程中難于控制，且對設備要求較高，因此，控制煅燒溫度在850℃～900℃最為適合。

3.粗錫酸鈉合成的煅燒時間的研究

采用物料的配比為Sn：NaOH：NaNO3： H2O =100：55：40：30，在煅燒溫度850℃～900℃條件下，控制煅燒時間分別為20、40、60、80、100、120min進行煅燒時間試驗。試驗結果表明，當煅燒時間達60min后，錫的轉化率達到最大為95.26%，煅燒時間再延長時，錫的轉化率提升得并不明顯，在生產中本著節(jié)能降本的原則，煅燒時間不適為長，因此，控制煅燒時間為60min最為適宜。

4.粗錫酸鈉合成的煅燒溫度對產品白度影響的研究

在煅燒過程中，如果溫度過錫，錫在轉化時未完全被硝酸鈉所氧化，有部分氧化亞錫存在，因此氧化亞錫顏色為藍黑色的，影響錫酸鈉產品的白度。試驗研究了400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃煅燒溫度對產品白度的影響。研究結果表明，當煅燒溫度達到800℃后，產品的白度達到95以上，經調查，用戶對產品外觀較為滿意。因此，再次表明煅燒溫度在850℃～900℃不僅錫轉化率高，產品白度也進一步提高。

綜合以上條件試驗結論，我們得出最佳粗錫酸鈉合成的工藝參數為：物料配比Sn：NaOH：NaNO3： H2O =100：55：40：30，煅燒溫度850℃～900℃，煅燒時間為60min。

5.試驗結果

通過試驗研究得到以下工藝參數：

粗錫酸鈉合成的物料配比是Sn：NaOH：NaNO3： H2O =100：55：40：30，煅燒溫度850℃～900℃，煅燒時間為60min，使錫的轉化率>95%；利用試驗研究得到的最佳工藝參數進行了五批次的工業(yè)試驗驗證。結果顯示五份樣品的所含的Sn、Pb、Sb、As、Fe、NaoH、NO3-和堿不容物均符合質量標準。

通過計算得錫轉化率為95.26%。可見產出的錫酸鈉產品品質已過到行業(yè)標準和企業(yè)標準的要求。優(yōu)化粗錫酸鈉合成工藝后產品質量穩(wěn)定。

三、結論：

通過優(yōu)化了錫酸鈉合成過程中的物料配比、煅燒溫度850℃～900℃、煅燒時間為60min等工藝參數，可使粗錫酸鈉在合成過程中錫的轉化率由原來的70%～75%提高到95 %以上。此方法提高了產品直收率，降低了生產成本，錫酸鈉生產過程中非常值得推廣和應用。

參考文獻：

[1] 黃位森.錫[M].北京冶金工業(yè)出版社.2000

[2] 李仕慶 葉有明.錫化工生產.廣西科學技術出版社.2008

第2篇：化學提高轉化率的方法范文

關鍵詞：數軸法；化學平衡；條件

數軸分析法在處理某些化學問題時，可以化繁為簡，由抽象到直觀，便于理解問題，提高解題的速度?，F(xiàn)用數軸法來巧解化學平衡中的一類問題。

例：在溫度、容積相同的3個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下

判斷（1）a、b、c之間的大小關系；（2）α1、α2、α3之間的大小關系。

解析：由題意明確甲、乙、丙等溫等容且恒溫恒容下達到平衡。

首先乙、丙做等效轉換，將乙、丙中的反應物轉換成與甲相同的起始反應物。

比較甲、乙、丙起始狀態(tài)，在等溫等容條件下，甲、乙達到平衡時平衡狀態(tài)相同（等效平衡且是等同平衡）；

丙可以看作兩份的乙進行加壓得到，如圖所示：

一、討論a、b、c之間的大小關系

作數軸，1 mol N2與3 mol H2完全反應生成2 mol NH3，放出92.4 kJ的熱量，假設甲，1 mol N2與3 molH2在該條件下達到平衡狀態(tài)為某點X，則放出的熱量為a kJ，對于乙，2 mol NH3達到的平衡點和甲相同，同為X點，這一過程為吸熱反應，吸收的熱量為b kJ，則a+b=92.4。如下圖所示：

分析丙：對于丙，假設由兩份的乙壓縮得到的丙的平衡狀態(tài)不變，則由丙中NH3的物質的量是乙的兩倍，所以吸收的熱量是乙的兩倍，即c=2b，由反應N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）可知，加壓，平衡向正方向移動，所以實際吸收熱量小于2b，即c

二、α1、α2、α3之間的大小關系

作數軸，1 mol N2與3 mol H2完全反應生成2 mol NH3，轉化率為100%，假設甲，1 mol N2與3 mol H2在該條件下達到平衡狀態(tài)為某點X，則該反應的轉化率為α1，對于乙，2 mol NH3達到的平衡點和甲相同，同為X點，該逆反應的轉化率為α2且必有α1+α2=1，如下圖所示：

對于丙，假設由兩份的乙壓縮得到的丙的平衡狀態(tài)不變，則丙的轉化率同乙，由反應N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）可知，加壓，平衡向正方向移動，所以實際丙的轉化率小于乙，即α2>α3，如下圖所示：

模擬試題：在溫度、容積相同的兩個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下

用數軸法可以將化學平衡問題中的等效模型具體化，定性分析化學平衡中的等效問題。

參考文獻：

[1]趙中華.數軸法在化學教學中的應用[J].化學教育，2011 （11）：52-54.

第3篇：化學提高轉化率的方法范文

化工生產的本質是元素化合物的應用、轉化,集中體現(xiàn)了化學科學的知識、觀念、方法及價值取向。新教材中幾乎所有的元素化合物內容都涉及了有關工業(yè)生產,多處出現(xiàn)以實際生產為基礎的工業(yè)流程圖,凸顯出化學是真實的、實用的科學以及化學對生產、生活、生態(tài)、生命及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。高考試題中出現(xiàn)大量以工業(yè)生產為背景的綜合分析題,正是“課程內容與學生生活和現(xiàn)實社會實際之間保持密切聯(lián)系,使實踐和生活成為科學課程內容基本來源”[1]這一新課程理念的體現(xiàn)。融合化工生產實際進行元素化合物知識綜合復習,一方面可以引導學生從科學層面理解物質間的轉化關系、理解物質結構性質應用及其內在聯(lián)系,完成“是什么?為什么?”的問題探究過程;另一方面還可以引導學生從技術角度分析設備安排的原理、提高效率的途徑等,完成“做什么?怎么做?”的問題解決過程,著力培養(yǎng)學生在真實情景下從化學科學的視角分析解決實際問題,是提高元素化合物復習質量的有效途徑。本文以“氨”的綜合復習為例加以說明。

1 教學過程

1.1從反應原理探究氨的工業(yè)合成

1.1.1物質轉化與合成氨反應

[展示背景素材]如果沒有合成氨(加上合成尿素和第一、二、三代新農藥技術), 世界糧食產量至少減半,60億人中至少15億人將被餓死,因此,國外傳媒把Haber-Bosch的合成氨技術評為20世紀最重要的發(fā)明。[了解并感受合成氨對人類生存的意義]

提問:用化學方程式表示獲取氨的途徑,其中用于工業(yè)生產的是什么?為什么?[理解實驗室反應與工業(yè)生產的區(qū)別]

交流:①NH4Cl與堿石灰共熱: NH4Cl+NaOH

NH3+NaCl+H2O;

②濃氨水分解(CaO或NaOH條件下):NH3?H2O

NH3+ H2O

③氮氣與氫氣化合:N2+3H22NH3

用于工業(yè)生產的是反應③,因為自然界不存在大量的銨鹽或氨水。[學生]

問題:①以空氣為原料,用兩種方法獲取氮氣(交流:略)

②工業(yè)上常用天然氣、水為原料制備氫氣,寫出有關的反應方程式。

交流:CH4+H2OCO+3H2

CO+H2OCO2+H2[學生]

1.1.2反應原理與合成氨條件

[提供信息]合成氨反應特點: 298 K時,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=-92.2 kJ?mol-1S=-198.2 J?K-1?mol-1

提問:①合成氨在298 K時,能否自發(fā)進行?

② 綜合反應速率與化學平衡的因素,工業(yè)合成氨選擇的生產條件為:溫度:700 K,壓強:20～50 MPa,催化劑:活性鐵。試說明理由。[從反應原理審視反應方向、反應條件]

交流:①H-TS

②低溫有利于平衡正向移動,但反應速率慢,700 K左右,催化劑的活性最強;高壓條件有利于平衡正向移動,提高反應的轉化率,但考慮設備承受與動力成本,壓強不宜過高。 [學生]

追問:700 K左右,中壓(20～30 MPa)條件下,采用氮氣與氫氣物質的量比為1∶2.8的投料比時,合成氨廠出口氣中氨的含量一般為13 %～14 %,求氫氣的轉化率。[了解實際生產中原料氣轉化率不高,需循環(huán)利用]

交流:氫氣的轉化率:25 %～27 %,原料利用率不高。[學生]

1.1.3生產設備與技術措施

第4篇：化學提高轉化率的方法范文

關鍵詞：α-生育酚琥珀酸酯 合成 酯化反應

隨著分子生物學和細胞生物學的發(fā)展，維生素E及其衍生物的抗腫瘤作用機制的研究成為新的的熱點，近年來引起人們的廣泛關注。α-生育酚琥珀酸酯（α-TOS）是維生素E的一種衍生物，它具有穩(wěn)定性妤和水溶性維生素的特點，可作為維生素E替代品而廣泛用于醫(yī)藥、食品和化妝品等方面。有關研究表明，α-TOS具有抑制人乳腺痛、前列腺癌等多種腫瘤細胞生長，而對正常細胞生長無細胞毒性及抑制作的特殊功能[1-5]。目前有關α-TOS的制備方法的文獻有很多[6-8]，轉化率較好的文獻中所用溶劑為吡啶，其毒性大不利反應。本文優(yōu)化了α-TOS的合成工藝。

一、實驗部分

1.主要試劑、儀器及檢測條件

實驗儀器及藥品如下表1.1和表1.2所示，其中實驗藥品均為分析純。

主要玻璃儀器（均干燥）：500mL燒瓶，1000mL分液漏斗，燒杯，100℃和200℃的溫度計，球形冷凝管。

HPLC檢測條件：ZORBAX Eclipse XDB-C8，4.6mm×150mm，5μm，柱溫30℃；流動相：甲醇/冰乙酸（體積比為500：3.2），流速1mL/min；檢測波長284nm，二級陣列紫外檢測器，進樣量20μL。

2.實驗步驟

先稱取α-生育酚于小燒杯中，然后按一定比例加入溶劑、琥珀酸酐和催化劑，攪拌使其溶解，轉移至三口燒瓶，反應3h后停止反應。取樣稀釋，然后將稀釋樣進行HPLC檢測，計算α-生育酚琥珀酸酯的產率。

實驗過程的反應及分離流程如下圖1.1

二、結果與討論

1.對比實驗

1.1不同的溶劑對反應轉化率的影響

乙二胺用量均為0.5mL/25g生育酚，琥珀酸酐： α-生育酚的摩爾比為2：1，反應溫度100℃。此條件下不同溶劑種類對轉化率的影響如圖2.1所示。

圖2.2 不同琥珀酸酐與α-生育酚的配比對轉化率的影響

由圖2.1可以看出，不同溶劑對α-TOS轉化率不同：其它條件相同時，用乙酸異丁酯做溶劑的轉化率最大，乙酯其次。酯類溶劑轉化率明顯大于醇類和酮類。

1.2 琥珀酸酐與α-生育酚的配比對轉化率的影響

乙二胺用量均為0.5mL/25g生育酚，溶劑為乙酸異丁酯，反應溫度100℃。此條件下不同琥珀酸酐與α-生育酚的配比對轉化率的影響如圖2.2所示。

從圖2.2中可以看出，隨著琥珀酸酐與α-生育酚的摩爾比的增加，轉化率也在不斷提高，在增大到1.6：1后上升趨勢下降，所以較經濟的琥珀酸酐與α-生育酚的摩爾比是1.6：1。

1.3 催化劑用量對轉化率的影響

溶劑為乙酸異丁酯，琥珀酸酐與α-生育酚的摩爾比為2：1，反應溫度100℃。此條件下不同催化劑用量對轉化率的影響如圖2.3所示。其中乙二胺用量單位為0.5mL/25gVE

由圖2.3可見，催化劑對反應產率有明顯的影響，當催化劑量較小時，反應速度很慢，產率很低，隨著催化劑用量的增加，反應轉化率增大。當催化劑用量大于1.00mL/25g生育酚時，催化劑用量的增加對轉化率影響很小，此時其合成反應速率與催化劑用量無關。

1.4 反應溫度對轉化率的影響

溶劑為乙酸異丁酯，琥珀酸酐與α-生育酚的摩爾比為2：1，乙二胺用量為1mL/25gVE. 此條件下不同反應溫度對轉化率的影響如圖2.4所示。

從圖2.4可以看出，隨著反應溫度的不斷提高，轉化率在上升。反應溫度小于60℃時，溫度對轉化率的影響不是很明顯，大于60℃時，隨著反應溫度的升高，轉化率明顯提高，當大于110℃時曲線趨于平緩，所以為達到較高的轉化率，又比較經濟，應選擇110℃。

三、結論

以二乙胺為催化劑，用α-生育酚與琥珀酸酐反應，可制備出α-生育酚琥珀酸酯。由實驗可得出較經濟的工藝條件：琥珀酸酐與α-生育酚的比例為1.6：1（摩爾比），催化劑用量為1.00mL/25gVE，反應溫度為110℃，用乙酸異丁酯做溶劑，α-生育酚的轉化率為81.2%。精致提純后，可得α-生育酚琥珀酸酯。

參考文獻

[1] Zhang Yu.Vitamin E succinate inhibits the function of androgen receptor and the expression of prostate-specific antigen in prostate cancer cellsl[J].Nutr、Cancer，1996，26：237—250.

[2] 劉柏合，吳坤，趙丹陽.維生素E琥珀酸酯抑制人胃癌細胞生長的研究[J].衛(wèi)生研究，2000，3（29）：172-174.

[3] 李貴昌，吳坤.維生素E琥珀酸酯誘導胃癌細胞凋亡[J].中國公共一巳生，

2003，19（6）：688-689.

[4] 李春波，邵斌.維生索E及其琥珀酸酯和琥珀酸鈣在保健食品中的應用[J].中國藥科大學學報，2003，34（2）：190-192.

[5] 馬英麗，吳葉紅，趙艷等.維生索E琥珀酸酯的合成及抗癌活性研究[J].哈爾濱商業(yè)大學學報自然科學版，2003，19（1）：8-10.

[6] 鄭燕升，莫倩.α-生育酚琥珀酸酯合成反應工藝及動力學研究[J].廣東化工，2008，7（35）：42-44.

第5篇：化學提高轉化率的方法范文

【關鍵詞】綠色化學；研究途徑；微型實驗；發(fā)展趨勢

隨著社會經濟的發(fā)展，人們對生活質量和環(huán)境的要求更高，面對環(huán)境的日益惡化，資源和能源的短缺，綠色化學理念應運而生。在我國目前的中學化學教育中，大多數中學普遍采用常規(guī)實驗方法，儀器大，消耗試劑多，費用高且污染大，學生分組實驗，常常幾十人在一個實驗室，產生大量廢水，有毒氣體和粉塵，而且處理也很困難，造成環(huán)境污染，危害著師生健康。面對這種現(xiàn)狀，綠色化學引入到中學化學，是師生健康的需要，是現(xiàn)代化學校的需要。在廣大青少年中普及綠色化學理念，讓學生親自實踐，親手操作無毒無害安全的化學實驗，從中培養(yǎng)他們的環(huán)保意識和可持續(xù)發(fā)展理念。

一、綠色化學的基本思想

綠色化學就是利用已有的化學知識，化學技術和化學方法，以減少對人體和環(huán)境有害的物質使用和產生，回收未反應的原料、副產物和非反應試劑，對“三廢”排放前的無害處理等。

1.原子經濟性反應

目前，合成化學從生命科學到材料科學，原子經濟性 （Atom Economy）要求越來越高。原料分子中到底有多大比例的原子轉化成了目標產物，成為了研究的重點。理想的原子經濟反應是原料分子中的原子百分之百地轉變成產物，不產生副產物或廢物，實現(xiàn)廢物的“零排放”。如環(huán)氧乙烷的生產中，經典的氯代乙醇法，盡管每一步的化學產率均為 100%，但原子利用率僅為25%，即在合成環(huán)氧乙烷的實驗中，每生產1千克環(huán)氧乙烷則會產生3千克的副產物，而在綠色化學中，采用新型的催化工藝，實現(xiàn)了100%的原子利用率。再如采用乙基蒽醌法制備過氧化氫，即由氫和氧在2-乙基蒽醌和Pd為催化劑作用下直接合成，2-乙基蒽醌可循環(huán)使用，此反應原子利用率為100%，體現(xiàn)了原子經濟性，減少廢物的生成和排放。從而可看出原子經濟性的反應有兩個突出的優(yōu)點：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地減少了廢物的排放。

2.選用無毒無害的反應原料

研究如何用無毒無害的原料來代替風險試劑。如光氣（COCl）、氫氰酸（HCN）、氟化氫（HF）、氯氣等，要達到這一目標，可采?。簻p少這類原料的用量，改變其結構，以減少固有毒性，采用防護措施或控制技術等。對于危險或反映條件苛刻，污染嚴重或儀器、試劑價格昂貴的實驗，甚至可采用計算機模擬化學實驗或觀看實驗錄像等辦法。

3.在無毒無害的條件下進行化學反應

盡可能減少有機溶劑的使用，采用超臨界流體技術，或兩相催化技術等，可以盡可能避免傳統(tǒng)反應條件帶給的巨大污染，在條件溫和，活性高，選擇性好，反應后兩相極易分離的情況下進行實驗。例如丙烯的氫甲酰反應，采用Rh和 Pd的水溶液配合物作催化劑，可望取代高壓反應條件，并使生成醛的選擇性由90%提高到98%。

4.尋求安全的目標產物

在很多的情況下，有毒物分子并非所有官能團都有毒有害，可通過保留有用官能團，去掉有害官能團的辦法改進分子結構，使產品更安全。

二、實現(xiàn)綠色化學的途徑

1.實驗過程的改造和從新設計

首先，避免使用風險試劑（如HCN、HF、HCHO、Cl■、OCl■等）和揮發(fā)性有機物（如苯，CCl■，氟利昂等）。如銀鏡反應避免使用甲醛，而用葡萄糖；把可能產生致癌物的有氯漂白和二氧化硫漂白改用為雙氧水，過氧化鈉等。其次，積極開發(fā)綠色實驗，實現(xiàn)原料和反應過程的綠色化，例如實驗硬脂酸笨溶液單分子膜法測定阿佛加德羅常數改為電解硫酸銅或電解法，不再使用揮發(fā)性苯；例如在二氧化錳的催化下分解氯酸鉀制氧氣的實驗里，會產生有毒副產物Cl■，改用氫氧化鈣作催化劑，轉化率可達到99%以上，而且避免了Cl■ 的產生；又如氨催化氧化實驗，常用銅絲作催化劑，該方法不僅轉化率不高，而且還會產生一種刺激性氣味的氣體，改用氧化銅作催化劑，轉化率也只為76%，若改用鉑觸媒，轉化率可達98%；還有接觸法制硫酸等諸多實驗的改進，不僅可以提高轉化率，而且可減少h境的污染。

2.實驗產物或殘留物的無害處理及利用

產物的再生循環(huán)使用，化學實驗產物，大多有毒有害，即使有些物質的毒性不是太大，但若不加處理，時間長了，做的人多了，累積起來也會造成環(huán)境污染，而且造成資源浪費，若能加以簡單處理又可循環(huán)使用，豈不妙哉。例如用氫氣還原氧化銅的實驗，還原出來的銅粉，不便收集處理，若改用銅片在空氣中加熱，用表面被氧化而成的氧化銅進行實驗，不僅可使還原出來的金屬銅在銅片表面平整而有金屬光澤，增強了演示效果，而且銅片可循環(huán)使用，類似這樣的例子很多，關鍵是靠化學工作者去摸索。有些產物不能利用，但也可以加以處理，以減少對環(huán)境的危害，例如CO還原Fe2O■或氧化銅，多余的一氧化碳，可用燃燒的辦法加以處理；制氯氣的尾氣處理等，實驗室廢液處理及物質回收，從環(huán)保的角度出發(fā)，根據國家對廢液排放標準，對廢水、廢氣、廢渣最高允許范圍，必須適當加以處理，比如對含重金屬離子的廢液，含酸、堿、鹽、有機廢液等也可以加以回收利用，如在含有銅離子的廢液中加入過量的鐵粉，再在沉淀物中加入稀硫酸洗去多余的鐵粉，即得銅粉，又如實驗制得的硝基苯，為了提純，用5%的氫氧化鈉溶液洗滌后，用分液漏斗分離，再將它和氯化鈣混合加熱，最后蒸餾提純回收。

3.化學實驗采用小型化、微型化

大量的研究證明，在保證實驗效果的前提下，大多數基礎化學實驗都可以在微型儀器或裝置中進行，目前之所以提倡實驗微型化，是由于微型實驗具有如下的特點，儀器小巧，用藥量小，成本低，污染少，操作方便，節(jié)約能源，安全可靠，易于推廣，而且儀器微型化之后，儀器所占空間小，方便存放和攜帶，還可以適當的自制教學儀器，也不會影響功能和效果，開展微型實驗，可適當讓學生自己尋找代用品自制儀器，自己設計，找實驗方法，提出問題并解決問題，從中訓練他們的思維能力，想象能力和動手能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，引進綠色實驗理念，化學實驗微型化是一個很好的途徑。

4.計算機輔助綠色化學設計和模擬

在現(xiàn)代教育中，數字化、多媒體使用越來越普遍，計算機已廣泛用于物質結構解析、反應性預測、故障診斷及控制等許多方面。無疑在中學化學教育中，使用計算機模擬演示一些有毒、危害性大的實驗，也是實驗教學的有效方法，但不能代替學生實驗。在利用計算機設計符合綠色化學原則的最佳反應路線、反應過程等，也是推動了綠色化學更快發(fā)展的有效途徑之一。

南開大學著名教授王積濤先生認為：微型實驗的設計是我國化學實驗改革的大方向，綠色化學理念追求實現(xiàn)原子經濟，清潔生產和零污染，立刻受到社會的化學界的積極支持和響應，目前已成為化學實驗的一個新的研究方向和前沿。主要圍繞化學反應，原料、催化劑、溶劑和產品的綠色化展開的：

【參考文獻】

第6篇：化學提高轉化率的方法范文

【關鍵詞】丙酮酸；化學合成；生物技術；酶催化法；生物工程；微生物發(fā)酵法

丙酮酸[1]，又稱a-氧代丙酸，結構為CH3COCOOH，是所有生物細胞糖代謝及體內多種物質相互轉化的重要中間體，因分子中包含活化酮和羧基基團，所以作為一種基本化工原料廣泛應用于化學、制藥、食品、農業(yè)及環(huán)保等各個領域中[2]。丙酮酸可通過化學合成和生物技術多種方法制備。

1、化學合成法

1.1 酒石酸脫水脫羧法

此法工藝簡單易行：將酒石酸與硫酸氫鉀混合物在220℃下蒸餾，餾出物再經真空精餾即得丙酮酸。此法的特點是加入導熱油之后，在一個均勻體系中進行反應，降低了反應溫度，減少氧化程度，可操作性大幅度提高，適合繼續(xù)反應生成丙酮酸系列產品。其缺點是丙酮酸產率較底，得1g丙酮酸需消耗5g硫酸氫鉀。僅原料成本就達8萬元每噸，因成本過高而無法為大多數廠家所接受。

1.2 乳酸氧化法

以乳酸為原料，氧化脫氫一步法生產丙酮酸[3]。但乳酸直接制取丙酮酸非常困難,根據工藝不同必須選用合適的催化劑?？梢赃x擇的催化劑有磷酸鐵、鉬酸碲鹽、銀、釩等[4]。此法酒石酸的氧化脫羧法相比，具有能耗低、污染小、產率高等優(yōu)點，適合工業(yè)化生產。其缺點是成本也較高，約6萬元每噸。

2、生物技術法

生物技術法生產丙酮酸，由于成本較低、產品質量較高、對環(huán)境污染小而得到發(fā)展，主要有酶催化法和微生物發(fā)酵法。

2.1 酶催化法

用酶或微生物細胞作催化劑,使葡萄糖或三羧酸循環(huán)的某些中間代謝產物,在一定條件下,轉化為丙酮酸的技術,稱為酶催化法。其主要過程是先進行小規(guī)模的微生物培養(yǎng),菌體收集,直接轉化或用載體包埋成固定化酶,然后轉化生成丙酮酸[5]。酶催化法設備投資小,能耗低,轉化率高,但底物來源較窄、成本比較高約5萬元每噸，因此其進一步推廣受到限制。

2.2 基因工程技術

利用基因重組技術構建高表達乙醇酸氧化酶、過氧化氫酶等的基因工程菌，用于生產丙酮酸的技術。這些酶能催化乳酸與氧反應生成丙酮酸。其技術是先將乙醇酸氧化酶基因和過氧化氫酶基因分別與DNA載體重組，構成重組子，并分別轉入宿主細胞，分別獲得兩種酶高表達的基因工程酵母，按0.713mol/LL-乳酸鈉溶液每100ml加濕重轉化體5g,同時加一定量滲透劑,在5個大氣壓下,以70psig氧壓通入氧氣,5℃攪拌轉化4小時，丙酮酸產率大97.7%[6]。本技術底物轉化率高，但技術難度大。

2.3 微生物發(fā)酵法

微生物代謝過程中,利用葡萄糖積累丙酮酸的過程稱為微生物發(fā)酵法。微生物發(fā)酵法生產丙酮酸研究已有50年歷史，但因丙酮酸高產菌株選育十分困難，雖有一些微生物能夠積累丙酮酸，但其產量無法達到工業(yè)化要求[7]。該法生產丙酮酸真正取得突破，是在1988年時,日本東麗工業(yè)株式會社的研究人員宮田令子和米原轍選育出一系列丙酮酸產量超過50g/L的球擬酵母菌株,使微生物發(fā)酵法生產丙酮酸的工業(yè)化成為可能。1992年,日本開始采用微生物發(fā)酵法生產丙酮酸[8]。產量為400噸每年,成本約為2-3萬元每噸。

與化學合成法和酶轉化法相比,微生物發(fā)酵法因原料來源廣,能耗低,污染少,成本低而更具有優(yōu)越性[9]。但微生物發(fā)酵法缺點是轉化率比較低,這是因為丙酮酸是糖酵解途徑的關鍵中間產物,在細胞中,丙酮酸作為一種重要的中間代謝產物連接了EMP和TCA中心代謝途徑，又與多條分支代謝途徑相關聯(lián)，可轉化為多種發(fā)酵產物而無法在體內積累。因此需要切斷或弱化其進一步代謝,才能使其在細胞中大量積累。即加快葡萄糖向丙酮酸的轉化率，減弱向TCA循環(huán)的通量，切斷或減弱其分支代謝途徑，促進分泌，減弱丙酮酸的再利用，最終實現(xiàn)丙酮酸的大量積累。為達此目的，就必須對微生物發(fā)酵法生產丙酮酸的影響因素進行研究。

微生物發(fā)酵法生產丙酮酸的影響因素有：菌種選育，營養(yǎng)條件，維生素水平，供氧模式，葡萄糖的質量濃度等等,其最關鍵的是菌種選育和營養(yǎng)條件[10]。

為了提高微生物發(fā)酵法生產丙酮酸的競爭力，對微生物發(fā)酵生產丙酮酸的工業(yè)化在發(fā)酵部分還需要：①進一步改善丙酮酸生產菌的產酸能力和遺傳穩(wěn)定性，提高糖酸轉化率，縮短發(fā)酵時間；②提高生產菌對高濃度丙酮酸的耐受性，以期進一步提高丙酮酸濃度，便于下游處理；③目前原料成本中葡萄糖的費用占了很大的比例，因此，要提高生產菌株對廉價底物(如糖蜜、淀粉糖)等的利用能力。

今后的研究工作應集中在：①在保證細胞正常代謝的前提下，盡可能減少丙酮酸的降解或轉化，這是獲得丙酮酸高產量和高產率的必要條件；②加快從葡萄糖到丙酮酸的代謝速度，以確保獲得丙酮酸的高生產強度。

隨著人民生活水平的不斷提高，丙酮酸的應用范圍日漸擴大，需求不斷增長，但丙酮酸系列產品大多需要進口且價位較高。其生產工藝的改革并實現(xiàn)工業(yè)化勢在必行。傳統(tǒng)工藝生產的產品質量差、成本高且對環(huán)境污染大。而生物技術法的工藝更為綠色，更為對環(huán)境友好，生物技術法新工藝取代傳統(tǒng)工藝指日可待，前景廣闊，值得進一步研究。

參考文獻

[1] 胡兵，龍化云，黃光斗．丙酮酸的合成研究進展[J]．化工時刊，2003,17:18-20

[2] 劉立明，李寅，陳堅．光滑球擬酵母發(fā)酵生產丙酮酸[J]．精細與專用化學品，2003,23:15-18

[3] 顧勁松，許平，李鐵林，等．乳酸氧化酶轉化乳酸產丙酮酸[J]．應用與環(huán)境生物學報，2001(6): 617-620

[4] 楊輝瓊，易翔，郭賢烙．乳酸氧氣氧化法制備丙酮酸[J]．化工世界，2002,6:307-309

[5] 穆曉清．酶促生物轉化丙酮酸生產的研究[J]．工業(yè)微生物，2004,34(4),38-41

[6] Davad L A，Robert D，Vincent G W．US5,538,875[J]．1996

[7] 牟弈，諸葛?。l(fā)酵法生產丙酮酸[J]．中國釀造，2000(5): 1-3

[8] 占桂榮，高年發(fā)．不利用丙酮酸的丙酮酸生產菌的選育[J]．生物加工過程，2006,4(4): 32-36

第7篇：化學提高轉化率的方法范文

[關鍵詞]L-賴氨酸；初始氨氮；初始定容體積

中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）29-0347-01

L-賴氨酸是人體和動物所不能合成的8種氨基酸中最重要的一種[1]，由于其不能再人體內通過還原氨基化作用或轉氨基作用生成，只能通過從外界來獲取，同時它是谷物中最缺乏的氨基酸，因此，L-賴氨酸被認定為第一限制性氨基酸[2]。

賴氨酸的作用非常廣泛，在醫(yī)藥工業(yè)領域、食品工業(yè)領域畜牧飼料等方面都有著廣泛的應用[3]。在飼料領域中，L-賴氨酸是最重要的飼料添加劑[4]。在食品工業(yè)上，L-賴氨酸作為食品強化劑被廣泛應用。它是合成大腦神經再生性細胞、其他白以及血紅蛋白等重要蛋白質所需要的氨基酸。對于兒童來說，L-賴氨酸顯得更為重要，它能促進鈣的 吸收，加速骨骼生長，促進智力發(fā)育、體格發(fā)育、提高血漿蛋白的含量以及對疾病的免疫力，是兒童生長不可缺少的營養(yǎng)素[5]。

該研究對影響L-賴氨酸發(fā)酵的其中兩種條件：初始AN和初始定容體積進行了初步研究，以尋找最優(yōu)的L-賴氨酸發(fā)酵工藝，最終達到降低能耗、縮短發(fā)酵周期、提高單罐供酸、提高轉化率的目的。

1 材料與方法

1.1 材料及主要設備

菌種：黃色短桿菌（Brevibacterium flavum）ZLBT-4-2為中糧生物化學（安徽）股份有限公司菌種室保存；葡萄糖：采用雙酶法制備；玉米漿、糖蜜、生物素、磷酸二氫鉀、七水合硫酸鎂、氯化鉀、磷酸、消泡劑等： 溶氧電極InPro2000：METYLER TOLEDO公司；

1.2 培養(yǎng)方法

1.2.1 種子罐培養(yǎng)基

硫酸銨玉米漿 1%，磷酸二氫鉀 0.06%，七水合硫酸鎂 0.03%，消泡劑0.015%.

1.2.2 發(fā)酵罐發(fā)酵培養(yǎng)基

硫酸銨玉米漿2%，硫酸銨2.5%，磷酸 0.08%，氯化鉀0.01%，七水合硫酸鎂 0.05%，糖蜜0.5%，生物素0.01%，消泡劑0.02%。

1.2.3 發(fā)酵罐發(fā)酵模式

起始定容體積120m3。初始AN0.25%，流加NS 3.0m3；流加糖濃度為60%；

1.3 相關指標計算方法

1.3.1 過程指標計算

菌體生長速率：單位時間內OD增加值，即前后兩個所測點樣的OD之差與間隔周期的比值。

基質消耗速率：單位時間內基質消耗量，即前后兩個所測點樣的基質消耗數量之差與間隔周期的比值。

DO：以菌種完全接入發(fā)酵罐為發(fā)酵培養(yǎng)周期的0小時，記錄此時的DO電極的顯示值，后面各觀察點樣的溶氧電極的顯示值與0h 溶氧顯示值的百分比。

1.3.2 產物相關指標計算

產酸速率：單位時間內發(fā)酵所產賴氨酸的增加值，即前后兩個所測點樣的所產賴氨酸數量之差與間隔周期的比值

單罐總酸：發(fā)酵培養(yǎng)周期結束后，發(fā)酵罐內所產賴氨酸數量與過程中排料所帶走的賴氨酸數量之和。

轉化率：本批單罐總酸與其發(fā)酵葡萄糖消耗數量的百分比。

1.3.3 葡萄糖稀釋速率計算

單位時間內單位體積發(fā)酵液內發(fā)酵過程中葡萄糖流加量。

2 結果與討論

2.2.1 提高初始定容體積和初始AN前后OD值變化

提高初始AN和初始定容體積后，M3試驗罐OD值較試驗前有所偏低，而M4試驗罐的OD值均比試驗前稍高一些（圖5）。

2.2.2 提高初始定容體積和初始AN前后溶氧水平變化

在12h內，M3試驗罐的溶氧水平與試驗前無明顯差異，但是從12h后，M3試驗的溶氧水平仍比試驗前的偏低。18h前的M4試驗罐的溶氧水平與試驗前的無明顯差異，之后，M4試驗溶氧水平低于試驗前水平。

2.2.3 提高初始定容體積和初始AN前后基質消耗速率變化

提高初始定容體積和初始AN后，同樣的OD值情況下，試驗罐的總體生產菌數量在增加，對基質的消耗量會增加。M3試驗罐在前期（6-28h，此時也是菌種生長旺盛期），糖和NS的消耗速率在迅速上升，此外，M3試驗基質的消耗高峰期比試驗提前。M4試驗罐的基質消耗速率與M3試驗罐類似。

2.2.4 提高初始定容體積和初始AN前后中間酸變化

M3試驗罐放中間酸的平均開始時間比試驗前的提前了大概10小時，累計平均放中間酸體積達到100m3以上，中間桶的平均累計酸可達到15.20噸，而終點發(fā)酵罐內的酸試驗前后并無多大差距，說明中間桶放酸體積的增加最終使得單罐產酸大幅提高（表1）。

2.2.5 提高初始A N和初始定容體積前后轉化率的變化

M3和M4試驗罐的轉化率均較試驗前有所下降，尤其是M3降幅最大，以M3為例，排除殘總糖和中間桶糖的影響后，試驗罐轉化率為：54.73÷（90.20-0.46-0.68）×100=61.45%

比之前的試驗罐的平均轉化率60.66%僅僅提高了0.79百分點。

參考文獻

第8篇：化學提高轉化率的方法范文

關鍵詞：銅鋅錫硫；CZTS；濺射；薄膜材料；薄膜太陽能電池；吸收層

一、引言

1.1制備方法

制備CZTS薄膜的方法有很多，各種方法各具優(yōu)缺點。大體上可依物理方法或化學方法、真空方法或非真空方法、干法或濕法、直接法或二步法（第二步為硫化）進行分類。

濺射法是物理的、真空的、干的。多是二步的。濺射又有直流濺射或交流濺射、是否為磁控濺射、是否為反應濺射之分。除了有些反應濺射為直接法外，一般的濺射方法均為二步法。

交流濺射比直流濺射應用更廣泛，可濺射非導體。磁控濺射速率高、基片溫度低。[1]

除此之外，還有共蒸發(fā)和濺射相結合的雜交濺射法。這種結合兩種真空方法的方法有效的結合了蒸發(fā)法易于控制元素配比和濺射法易于大面積制膜的優(yōu)點。

1.2歷史記錄

2009年，用磁控濺射法制備的CZTS薄膜材料構成的光伏電池的轉化率達到了6.77%[3]，這是一個重要里程碑，直到2011年才被另一種真空法，熱蒸發(fā)法超過，文獻報道的轉化率達到了8.4%[5]。這也是目前得到的最好結果。在本文的第二部分“經驗總結”中所涉及的結論，主要是文獻[5]發(fā)表之前學界的實驗總結。

二、經驗總結

考慮到濺射法一直有較高的轉化率，而且便于重復的大面積制膜，便于工業(yè)化（工業(yè)中CIGS的制備就廣泛采用這種方法）。本文主要對濺射法（稍微涉及一些共蒸發(fā)法）的制備經驗做一些總結。

2.1元素比例

在早期的研究中人們就已經注意到，最優(yōu)的材料并不是在精確的化學比上得到的，適當的使制備的薄膜偏離化學比可以得到很好的效果，但要注意偏離不可太大。[2]

元素間的比例顯然會影響著材料的結構，從而強烈的改變材料的電學、光學性質。然而CZTS由四種元素構成，要完備的考察元素比例對材料性質的影響會有些困難。文獻中普遍認為下面的三個比例是重要的。但遺憾的是，盡管有些文獻得出了一些結論，但確實都很牽強。最起碼，僅就下面三個數值而言，它們中沒有一個可以和材料的某一性質取得顯著地相關性。幸運的是，大量的工作已表明，最優(yōu)的材料總是在富Zn貧Cu富S的情況下得到。[4]

2.1.1Cu/（Zn+Sn）

如上所述，有些文獻認為，隨著這個數值的下降，材料的開路電壓將上升。[4]雖然這個結論的得到是有些牽強的，但最優(yōu)的材料里，這個數值確實小于1。

2.1.2Sn/Zn

單純的濺射法并不易于控制元素配比。采用上文中提到的雜交濺射法可有效控制Sn/Zn的狀況。當希望降低Zn的含量時，可用Zn（而非ZnS）作為蒸發(fā)法的Zn源，但當希望降低Sn的含量時，應用SnS（而非Sn）作為蒸發(fā)法的Sn源。選好Zn、Sn的源后，同時適當提高基片溫度至400°C以上（例如：460°C），即可得到理想的富Zn貧Sn或富Sn貧Zn薄膜。[2]

有些文獻認為，隨著該值的上升，材料的開路電流將上升。[4]雖然有些牽強，但最優(yōu)的材料里，這個數值確實大于1。[4]

2.1.3S/Metal

富S有利于改善材料性能，在最優(yōu)的材料中，該值大于1。[4]

2.2濺射順序

周期性的沉積會顯著提高效率，理想的薄膜表面形貌既要有大顆粒，又要有致密性、平整性。幾乎只有這種方法才能制備出和膜厚那樣大的顆粒，以達到最理想的效果?！案玫那膀尵鶆蛐砸馕吨玫霓D化率。”，文獻[4]在2005年提出這一結論后，使得之前（以及之后）所有的對于濺射順序的研究都黯然失色。

共濺射可以起到和周期濺射同樣的效果，甚至更好。

2.3靶材選擇

在熱蒸發(fā)法中，化合物源總是比單質源制備出的材料表面更光滑。[4]第二步硫化的過程會使材料的體積增大。體積增大得越多，第一步中得到的薄膜就越容易從基片上脫落。[4]所以源應盡量選擇硫化物，以增加第一步后得到的前驅中的S的含量。

如此看來，似乎用CuS、ZnS、SnS就是最佳的組合了。由于CuS是良導體，所以使用其作為靶材之一應當是不錯的選擇。然而奇怪的是，我未在任何文獻中看到這種做法，Cu源用的都是Cu。

2.4基片溫度

對于相同的濺射時間，基片溫度會影響薄膜的薄厚[2]。例如，文獻[2]在一定的制備條件下，基片溫度和膜厚的關系如下圖1所示：

隨著溫度升高，厚度減小的原因可能是粘著力的降低或密度的增大。[2]同時，值得注意的是，對于二步法，由于需要在高溫（例如：400°C）中退火硫化，第一步不可在常溫下沉積薄膜，否則薄膜會在第二步的高溫中脫落。[2]（作者單位：河南師范大學）

參考文獻：

[1]鄭偉濤.薄膜材料與薄膜技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003（11）

[2]Tanaka T，et al.Preparation of Cu2ZnSnS4 thin films by hybrid sputtering[J].Journal of Physics and Chemistry of Solids，2005，66（11）：1978-1981.

[3]Katagiri H，et al.Development of CZTS-based thin film solar cells[J].Thin Solid Films，2009，517（7）：2455-2460.

第9篇：化學提高轉化率的方法范文

關鍵詞:多元醇酯;酯化反應;催化劑;冷凍機油

中圖分類號:TE626.4 文獻標識碼:A

Synthesis of Polyol Ester Used as Basestock of Refrigerator Oil and Its Performances

FEI Jian-qi, ZHAO Wei

(State Key Laboratory of Catalytic Material and Reaction Engineering, Research Institute of Petroleum Processing, SINOPEC, Beijing 100083, China)

Abstract:Neopentyl polyol-based fatty acid ester was synthesized with a novel catalytic esterification process. The conversion rate of esterification reached more than 98.5%. The disappearance of hydroxyl absorption peak of ester showed that the esterification has high hydroxyl conversion rate. Basestock of refrigerator oil was prepared via above-mentioned process. The test result indicated that the basestock performance can reach the level of the same type of imported samples.

Key words:polyol ester; esterification; catalyst; refrigerator oil

0 前言

HFCs(氫氟烴,如R134A、R407C、R410A等)被公認為是替代氟利昂(CFCs)的理想制冷劑。但是HFCs分子極性較大,與傳統(tǒng)的非極性礦物油不相容,因此,開發(fā)與之相匹配冷凍機油是必然的趨勢。多元醇酯(POE)與HFCs具有良好的相容性、可靠的性能、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、電絕緣性及材料的兼容性,且安全與環(huán)保性能好,已成為HFCs 制冷劑配伍的首選油。

POE為多元受阻結構,支化程度高, 這使得新戊醇與脂肪酸在酯化過程中存在嚴重的位阻效應,很難得到低羥基值的酯,需要加入催化劑并在高溫下來提高反應速度與酯化程度。僅就催化酯化反應而言,強酸性催化劑如硫酸、磷酸、對甲苯磺酸等是非常有效的酯化催化劑,但存在嚴重的非酯化催化以及副反應現(xiàn)象;弱酸性催化劑如鈦酸酯、金屬氧化物等需要更高的反應溫度,且催化效率低;固體酸、雜多酸催化劑是當今酯化催化領域的研究熱點,但由于其超強酸性,用于多元醇脂肪酸的酯化反應存在嚴重的副反應如碳化現(xiàn)象[1-3]。

本工作以實驗室自制催化劑,采用新型催化酯化反應工藝制備了多元醇酯,作為冷凍機用油的基礎油,測試了基礎油的性能并與國外同類油品進行了性能比較。

1 實驗部分

1.1 原料

季戊四醇:湖北宜化股份有限公司(純度98%)。

雙季戊四醇:進口試劑(98%),Acros(純度90%)。

正戊酸:北京宏料化工產品有限公司(純度98%)。

正己酸:北京化學試劑公司(純度98%)。

正庚酸:北京化學試劑公司(純度98%)。

正辛酸:北京化學試劑公司(98.5%)。

正壬酸:北京化學試劑公司(98.5%)。

異壬酸:東京化成工業(yè)株式會社(純度98%)。

正癸酸:北京芳草化工醫(yī)藥有限公司(純度98%)。

1.2 多元醇酯的合成

將三口燒瓶、分水器、冷凝器、帶有熱電偶的磁力攪拌加熱套組裝成反應裝置,將原料醇、脂肪酸、催化劑加入反應器,攪拌下升高至指定反應溫度反應一定時間后,依據反應出水量計算酯化轉化率,確定反應需要的時間,在真空條件下脫酸得到粗酯。

將上述粗酯用過量的堿水溶液洗滌,在指定溫度下,快速攪拌一定的時間,靜置并分離出水相;按上述方法,將上層油相用一定質量份數的去離子水洗滌3次。將得到的油相脫出水分,然后加入吸附劑(實驗室配制)吸附一定的時間,過濾得到精制的混合脂肪酸多元醇酯(基礎油)。

1.3 分析和表征

合成酯性能的測定:40 ℃與100 ℃粘度采用GB/T 265;粘度指數采用GB/T 2541;傾點采用GB/T 3535;總酸值采用GB/T 7304;顏色(色號)采用GB/T 6540;“與制冷劑相容溫度”的測定由石油化工科學研究院自建方法完成。

紅外光譜分析采用Nicolet 560型紅外光譜儀;核磁共振分析采用Varian Unity INOVA 500MHz核磁共振波譜儀,CDCl3溶劑。

2 結果與討論

2.1 酯化催化劑

表1比較了不同類型催化劑催化季戊四醇與異壬酸的酯化反應效果。強酸催化劑,如硫酸、磷酸等能夠實現(xiàn)高的羥基轉化率,但反應物色澤差、碳化嚴重,精制過程嚴重乳化。有機酸催化劑,如對甲苯磺酸催化劑能夠實現(xiàn)高的羥基轉化率,但催化劑用量大,酯的色澤發(fā)黃,精制難以脫色,有乳化現(xiàn)象。磷酸三丁酯的催化效率難以達到要求。雜多酸催化劑如磷鎢酸不適用于高羥基轉化率酯的合成,合成過程中碳化現(xiàn)象非常嚴重。

最近有文獻報道[4],高溫下多元醇酯的合成亦采用酸性相對溫和的催化劑,表1可見采用此類如Lewis催化劑,雖然反應時間延長,反應溫度較高,但羥基轉化率能夠達到要求。采用專利報道[5-6]Lewis酸氧化還原體系能夠制備高羥基轉化率的酯,但實際的合成過程中,會發(fā)生還原劑的析出現(xiàn)象,導致碳化現(xiàn)象的發(fā)生。采用Lewis酸催化劑,經長時間反應,雖可達到相當的轉化率,但酯的色澤差,催化劑用量大。

本研究以實驗室自制催化劑,采用新型催化酯化反應工藝,很好地解決了上述現(xiàn)象,催化劑用量少,酯的色澤好,反應時間短,無乳化現(xiàn)象,實現(xiàn)了酯精制過程的高收率。

2.2 酯化反應

圖1為采用新催化工藝的季戊四醇與異壬酸酯化反應動力學曲線。圖1表明,隨著反應時間的增加,酯化反應程度逐步進行,當羥基轉化率達到98%需要11 h,羥基轉化率均接近100%需要13 h;反應曲線可以分三階段表述,即快速反應區(qū)、過渡反應區(qū)和平緩反應區(qū);由快速反應區(qū)向平緩反應區(qū)的過渡區(qū)域拐點出現(xiàn)在羥基轉化率值為75%左右,反應時間僅僅需要2 h。季戊四醇屬于高阻化結構,每摩爾含有4摩爾羥基,在酯化過程中沒有明顯觀察到25%、50%的理論單羥基和雙羥基分階段轉化現(xiàn)象,但75%的三羥基階段轉化現(xiàn)象卻明顯表現(xiàn)在反應動力學曲線上,說明在單羥基酯、雙羥基酯和三羥基酯的生成過程中,酯化反應速率并未明顯降低,但在由三羥基酯轉化為四羥基酯的過程中,酯化需要的醇酯在結構上位阻效應更加明顯,導致酯化速率大幅度降低。在保證基礎油酯性能的前提下,應盡量縮短反應時間,防止長時間高溫條件下副反應的發(fā)生,導致酯的色澤變差,文獻報道[5-6]98.5%為冷凍機油可接受的轉化率值,因此,反應時間可選擇10~11 h。

圖2為采用新催化工藝在20 L反應器中合成的冷凍機油基礎油的紅外光譜圖。從圖2可以看出,在1742 cm-1處出現(xiàn)了很強的羰基C=O振動峰,同時在1143 cm-1處出現(xiàn)C-O-C的振動峰,而在3000 cm-1附近沒有明顯的羧基中的-OH振動吸收峰,完全呈現(xiàn)出酯類的特征。在2961 cm-1和1468 cm-1處出現(xiàn)的很強的-CH3碳氫振動峰,表明樣品中高的甲基含量,支化度較高。在3450 cm-1附近的酯羥基振動峰很小,說明酯化反應羥基轉化程度高,表明新型催化反應工藝能保證高效酯化反應的發(fā)生,能夠得到低羥基值的基礎油。

2.3 基礎油的性能

表2為基礎油樣品與國外同類樣品(油)的性能比較數據。基礎油與國外樣品油在傾點、粘度、粘度指數、閃點、相對密度、折光指數、顏色、總酸酯、與R410A溶解溫度方面基本一致。差別主要在于總堿值和相容性。因為國外樣品為油,因此推測總堿值可能是由于堿性添加劑的影響,而溶解溫度則是由于添加劑的影響所致,而微量水方面的差異,可能是由于進口油樣在取樣和存放過程中吸水所致,而基礎油是做完后很快進行分析,這表現(xiàn)出了酯類油存在容易吸水的特點。表明本研究的酯類冷凍機油基礎油,其性能均已達到進口同類油品的性能。

3 結論

采用新型催化酯化反應工藝完全能夠制備出優(yōu)異性能的新戊基多元醇脂肪酸酯,酯化催化效率高,酯化反應程度完全,酯的加工工藝簡單,酯的收率高;所制備的冷凍機油用基礎油的性能完全達到進口同類油的性能指標。

參考文獻:

[1] Leslie R Rudnick,Ronald L Shubkin編,李普慶,關子杰,耿英杰譯.合成劑及其應用[M].北京:中國石化出版社,2006.

[2] Junzo Otera. Esterification[M].WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA,2003:3-144.

[3] 方莉.H3PW12O40SiO2催化合成季戊四醇四庚酸酯的研究[J].山西大學學報(自然科學版),2005,28(2):163-165.

[4] Khder E A, Sharkawy S A, Hakama A I. Ahmed,Surface Characterization and Catalytic Activity of Sulfated Tin Oxide Catalyst[J]. Catalysis Communications,2008(9):769-777.

[5] 目見田道政,平尾佳二. 酯的制造方法:中國,CN1347867A[P].2002.

[6] 目見田道政,平尾佳二. 酯的制造方法:中國,CN1197840C[P].2005.