1. 研究目的与意义
乳酸乙酯具有无毒、溶解性好、不易挥发、有果香味、有可生物降解性等特点,因此它是极具开发价值和应用前景的绿色溶剂。可作为硝化纤维、乙酸纤维和人造珍珠的溶剂, 还可以作为增塑剂,同时也是制药工业中压制药片的润滑剂, 药物心得静的中间体和合成芳氧丙酸类除草剂的重要中间体。
目前国内乳酸乙酯生产大多采用传统的硫酸酯化法 ,它存在设备腐蚀严重、产品质量差、环境污染严重、生产成本高等问题。解决环境污染,维持人类社会可持续发展,已成为新世纪人类面临的重大挑战,而环境污染、能源枯竭等问题的解决, 很大程度上还得依赖于催化剂及催化工艺。
自上世纪末以来,绿色化学概念被引入我国后, 传统的化学工艺遇到了人类社会可持续发展的强烈挑战, 为研究新型催化剂和满足人们对乳酸乙酯的要求,因此开发无污染、无腐蚀的新型催化剂具有重要的意义,这样对研究乳酸乙酯的合成方法带上了一个更加绿色的领域。
2. 国内外研究现状分析
乳酸乙酯的传统合成工艺是在硫酸催化下, 由乳酸和乙醇, 利用苯或环已烷等为带水剂, 回流分水酯化而成, 该法不仅严重腐蚀设备和污染环境, 而且也易引起副反应, 产品收率也不够高。Jalal 等以对甲苯磺酸为催化剂,用沸石A膜为渗透蒸发膜脱出反应体系中的水,并与不用渗透蒸发膜的实验进行比较,有膜时产率有较大提高,反应3 h 后,产率超过90%。不过对甲苯磺酸的缺点是难以回收, 同时有一定腐蚀性。Kazuhiro 等以大孔强酸性阳离子交换树脂为催化剂,把沸石T 膜用于乳酸和乙醇的酯化反应中,沸石T 膜对含水和有机相的混合物有很高的分离作用,使水从反应混合物中分离出去,从而提高乳酸的转化率, 该方法催化剂可回收, 无污染, 但膜的制作和成本较高,也未提到产率是多少。陈敏等利用80%乳酸和99%乙醇摩尔比为4:1, 在填料柱中装上大孔阳离子树脂,反应收率达59.0%。高静等报道了以无水三氯化铝为催化剂, 由乳酸铵合成乳酸乙酯的方法,乳酸乙酯产率仅22.45%;后来, 他们采用分水精馏装置, 同样条件下反应, 使乳酸乙酯产率较原来提高50%以上, 该法优点在于可直接使用乳酸铵,缩短了生产流程, 降低了成本, 但其收率还不够高. 王刚等以固体金属氯化物为催化剂, 用能与水和乙醇形成三元共沸物的乙酸乙酯为带水剂, 在醇酸摩尔比为1.8:1, 催化剂用量为乳酸的1.5%-2.0%,带水剂为理论值的0.6 倍,乳酸乙酯收率达65%-71%,该法收率不高, 同时未指出催化剂的名称。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容:(1)以乳酸和乙醇为反应原料,制备乳酸乙酯,探索工艺条件,通过对反应酸醇比,反应装置,反应时间,带水剂的选择等因素的改变,对工艺条件不断的优化。
(2)以杂多酸为催化剂,催化合成乳酸乙酯,通过改变不同的催化剂来比较催化剂的催化活性。
(3)产品分析检测,对产品进行产率分析。从而筛选反应工艺条件及选择合适的催化剂。
4. 研究创新点
1. 针对不同反应条件,对催化合成乳酸乙酯的方法进行探索,改变催化剂的使用,改变传统的硫酸酯化法,避免对环境的污染。
2. 计划采用杂多酸为催化剂,催化合成乳酸乙酯,实现新的催化剂的开发利用,节省原料以及实现绿色化学理念的目的。