改性水滑石催化酯交换合成碳酸二苯酯研究

摘要

碳酸二苯酯(DPC)是一种重要的有机碳酸酯，是非光气法合成聚碳酸酯的关键原料。在DPC的合成方法中，以苯酚与碳酸二甲酯(DMC)为原料的酯交换法，由于使用的原料无毒、无污染，被认为是最有前途的合成DPC的方法。 本文对使用改性水滑石催化DMC与苯酚酯交换合成DPC反应进行了研究和探讨，建立了对DMC与苯酚酯交换合成DPC反应体系进行常规分析的气相色谱分析方法。 用离子交换法制备了一系列有机阴离子柱撑水滑石（org-LDHs）并采用XRD、FT-IR及TG-DTA等对催化剂进行了表征。测试了水滑石和不同org-LDHs对碳酸二甲酯与苯酚酯交换反应的催化性能。结果表明，与水滑石相比，org-LDHs对碳酸二甲酯与苯酚酯交换反应的催化选择性有显著的提高。丁二酸、己二酸、癸二酸、对苯二甲酸以及苯甲酸等柱撑水滑石对酯交换产物（甲基苯基碳酸酯和DPC）的催化选择性均在90％以上，与水滑石的结果相比至少提高了10％以上。在原料比为n (PhOH)/n (DMC)=4，催化剂用量为反应物总质量的1.5％，反应时间为8 h的反应条件下，己二酸、对甲苯磺酸柱撑水滑石在具有较高的催化选择性的同时，也具有较好的催化活性，苯酚的转化率分别达12.9％和13.0％。 以己二酸柱撑水滑石为催化剂，对酯交换法合成DPC的反应工艺条件进行优化，着重考查了反应温度、反应物原料配比、催化剂用量和反应时间对酯交换反应的影响。结果表明：常压下，在反应温度为150～185℃、苯酚与DMC摩尔比为3:1、催化剂用量为1.5 wt％、反应时间为12 h等条件下，苯酚的转化率达24.0％，酯交换产物的选择性达92.5％。 考察了org-LDHs的结构和化学组成对其催化活性的影响。实验结果表明，org-LDHs特有的层状结构在催化酯交换反应中起重要作用，且org-LDHs的催化活性与其组成密切相关。 此外，探索了org-LDHs催化酯交换合成DPC反应机理。