[发明专利]磷酸镉铵催化合成乙酸正丁酯

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸镉铵催化剂用于催化合成乙酸正丁酯，属化工产品制备工艺技术领域。

背景技术

乙酸正丁酯是具有水果香味的无色透明、可燃性液体，作为溶剂广泛应用于清漆、塑料、制革等行业，也是化工、制药、香料等行业的重要原料。传统的羧酸酯类合成都是用浓硫酸作催化剂，但存在诸如使产品纯度低，收率不高，设备易腐蚀、副反应多、废酸排放污染环境等弊端。因此人们不断寻求更优良的催化剂来代替硫酸。近年来，已发现结晶固体酸、杂多酸、无机盐、阳离子交换树脂等均可作为酯化反应的催化剂。

另一方面，新型微孔材料因其结构的多样性以及在分离吸附、离子交换和催化等领域内潜在的应用前景而受到广泛关注。1982年U.C.C.公司的科学家Wilson S T和Flanigen EM等成功合成开发出多孔物质发展史上堪称为一个重要里程碑的全新分子筛家族——磷酸铝分子筛，并在此基础上，发展了大量具有微孔结构的过渡金属与主族元素的磷酸盐。具有开放骨架结构的磷酸金属盐的晶体化学内容非常丰富，一般多采用水热方法合成得到具有新型结构和组成的磷酸盐单晶，解析其晶体结构。但是对这类微孔材料在催化酯化合成方面的应用研究报道则相对很少，如田晓珍等使用水合磷酸铁铵催化合成乙酸丁酯，催化效果较好；吴文伟等使用纳米级磷酸钛铵，采用均匀设计法考察了磷酸钛铵催化合成乙酸丁酯的性能。因此，磷酸盐作为酯化反应的催化剂，具有良好的催化活性，有着广大的应用前景。

目前，合成具有微孔结构的过渡金属和主族元素的磷酸盐常采用水热合成法、溶胶-凝胶法、沉淀法、固相法等，其中室温固相合成方法相对于常用的水/溶剂热法和高温固相法而言，不仅操作简单、没有溶剂污染，而且具有安全、成本低、能耗小和产率高等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种磷酸镉铵催化剂用于催化合成乙酸正丁酯。

本发明提供一种用于酯化法制备乙酸正丁酯的磷酸镉铵催化剂，其特征在于，具有以下的组成及重量百分比：

磷酸镉铵(NH₄CdPO₄)                100％

一种用于酯化法制备乙酸正丁酯的磷酸镉铵催化剂的制备方法，其特征在于，具有以下的过程和步骤：

称取1倍量氯化镉，0.5～1.5倍量磷酸三铵和0.5～1.5倍量模板剂，在室温下分别研磨均匀。然后将研磨好的氯化镉和模板剂混合后研磨均匀，再加入磷酸三铵混合研磨均匀，置于150℃恒温2小时，产物冷却至室温研细，用蒸馏水进行离心洗涤，取离心上清液加入少许硝酸银AgNO₃溶液测氯离子含量，若上清液变浑浊应继续洗涤，直到无白色浑浊出现。将洗涤干净的产品置于50℃烘箱中烘干至恒重，最终制得磷酸镉铵催化剂。

一种用于酯化法由乙酸与正丁醇制备乙酸正丁酯的磷酸镉铵催化剂的用途及其使用方法，其特征在于，具有如下的使用方法：

在反应器中加入一定量的乙酸、正丁醇和带水剂甲苯，醇酸摩尔比为0.8～1.8∶1，带水剂甲苯用量为乙醇用量摩尔数的10％～15％；再加入一定量的上述制得的磷酸镉铵催化剂，催化剂的用量为乙酸质量的0.5％～8％；在磁力搅拌器搅拌混合下，在110～140℃条件下进行酯化反应1～6小时，直到分水器中几乎无水分出，停止反应。

按照国标GB1668-95的方法测定反应前后酸值，以酚酞为指示剂，用标准氢氧化钠溶液滴定，按下式计算酯化率：

酯化率＝(1-反应后体系消耗NaOH的体积/反应前体系消耗NaOH的体积)×100％

反应结束后过滤除去固体催化剂，用质量分数10％的碳酸氢钠中和乙酸，再用饱和氯化钠溶液洗至中性，加入无水硫酸镁干燥。过滤后将粗产品进行蒸馏，收集124～126℃的馏分，得到无色透明液产品乙酸正丁酯。

本发明制得的磷酸镉铵固体催化剂用于酯化法由乙酸和正丁醇制备乙酸正丁酯的反应中，具有催化活性和较好的稳定性；反应条件温和、操作方便、催化剂分离简单、能耗低、污染小，具有较高的推广应用价值。

具体实施方式

现见本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

本实施例中的工艺过程和步骤如下：

(1)设计确定固体催化剂的组成及重量百分比为：

磷酸镉铵(NH₄CdPO₄)                    100％