微反应器控制芳烃绿色硝化研究_李斌栋

全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集微反应器控制芳烃绿色硝化研究李斌栋,吴舰,马晓明(南京理工大学化工学院精细化工系,江苏南京210094)摘要:本文以硝酸为硝化剂,研究对比了微反应器和常规圆底烧瓶内芳烃硝化的产率和选择性,发现微反应器在缩短反应时间至原来的1/100的同时,硝化产率提高3%一16%,选择性基本大于99%。然后分别将功能化酸性液体和三氟乙酸铜系金属盐作为均相可回收催化剂,引入到微反应体系中,烷基芳烃的硝化产率基本达到90%以上,同时可达到调节产物异构体分布的目的。对于芳烃硝化而言,该微反应一均相催化体系具有安全、高效、可连续化等优势,具备工业化的潜力。关键词:微玻璃反应器;芳烃硝化;S以H一功能化离子液体;三氟乙酸铜系盐1引言硝化合成或大规模生产的难题是安全性较差,往往伴随着强放热现象,控制不当极易引起爆炸〔’]。微反应器的出现,为解决含能硝化、氟化、氧化等一些强放热或危险反应提高了契机。微芯片反应器伴随着微加工技术发展,是一种流体流动通道、特征尺寸在数百微米内的化学反应器。由于其具有很大的比表面积,传质、传热能力都得到显著增强2[];接触时间的缩短,能有效控制反应在爆炸极限内稳定地进行,提高生产安全性的同时减少副产物3[];微反应系统的模块化,使得其具有良好的便携性和操作性,同时,扩大生产时不需要放大反应器尺寸,只需并行增加微反应器数量,即所谓的“数增放大”效应41[。国外研究者从2000年开始对硝化反应、烃类催化氧化、有机金属催化祸合等常规条件下难以控制的模型反应进行了研究降8]。如DucyrL等9[]在玻璃微反应器中研究了苯酚与硝酸自催化硝化,实验结果与间歇反应釜比较,在无溶剂、常温下,单硝化产物的收率明显提高,收率达70%,而聚合物质量分数小于7%。aPkneG等l[“l在cYoTs微反应器中研究甲苯硝化反应,甲苯转化率大于99%,单硝基甲苯收率为93.1%。国内近几年才开始关注微反应器在硝化等强放热反应中的应用,韩俊奇等〔川采用芯片微反应器,进行了硝酸酷类炸药的合成研究,以醇和硝硫混酸为原料,太根的产率为86.4%;硝化二乙二醇的产率为90.6%。余武斌等l[2]在微通道反应器内对氯苯硝化进行了研究,以酸硫混酸为硝化体系,当氯苯体积流速.05n1Lm/in,反应温度8o0C,氯苯单程转化率达74.8%。本文主要研究了以硝酸为硝化剂,在微