化学工程与工艺四川理工学院毕业设计(编辑修改稿)

化学工程与工艺四川理工学院毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

加剂。 添加尿囊素的化妆品，具有保护组织、亲水、吸水和防止水份散发等作用；添加尿囊素的第 8 页 共 23 页 发乳、发膏，对头发有保护作用，使头发不分叉、不断 发；添加尿囊素的雪花膏、唇膏、香波能使肌肤、口唇柔软和富有弹性，并有美丽的光泽。 农业方面 尿囊素作为植物生长调节剂，可刺激植物的生长。 将微量的尿囊素溶液用在小麦、柑桔、水稻、蔬菜、大豆等作物上，可使农作物增产，并具有固果、催熟作用。 此外，尿囊素还是生产各种复合肥、缓效肥和微量肥等优良的原料来源。 在饲料方面的应用 尿囊素具有促进消化道细胞增殖，增强正常细胞活力，提高胃肠道消化吸收功能的作用，同时能使畜禽对流行疫病产生抵抗力，是一种很好的饲料添加剂。 1. 3 生产方法 尿囊索可以从天然物质中提取法，但原料受到限制，且含量低造成提取复杂而困难，因而工业上主要采用化学合成方法。 根据原料的不同，可分为如下六条工艺路线。 尿囊素合成方法 （ 1）以二氯乙酸和尿素为原料加热合成法  3CH O N a23 2Cl CH CO O H CH O CH CO O N a    2 2CO N HH Cl3 4 6 3 42CH O CH CO O N a H CO CO O H C H O N  （ 2）草酸电解乙二醛氧化法  23 2CO N HHNO2 2 2 4 6 3 4H C O H CO CO O H C H O N  （ 3）乙酸酸钙盐酸溶解法 3HNO2 2 2H C O H CO CO O H     222Ca O H CO N H2 4 6 3 42H C O C O O H H C O C O O C a 2 H O C H O N  （ 4）尿酸高锰酸钾氧化法 4K M nO H A C5 4 3 4 5 4 4 6 4 6 3 4C N O H C N O H C H O N  （ 5） 三氯乙醛合成法  23 2CO N HHNO3 4 6 3 4Cl CC H O H CO CO O H C H O N  （ 6） 乙醛酸与尿素直接缩合法  2 2+CO N H 4 6 3 4HH CO CO O H C H O N 第 9 页 共 23 页 上述工艺路线，除尿酸高锰酸钾氧化法外，其余均从原料首先转化成乙醛酸，然后与尿素反应制得尿囊素。 以上各条路线各有利弊，如二氯乙酸法受二氯乙酸的原料来源限制；草酸电解法投资较大；乙醛酸钙法反应工艺流程长，步骤多；尿酸法的尿酸 来源及价格均受限制，总而言之，这些方法有的原料昂贵，有的设备复杂或工艺条件苛刻，有的投资大，有的能耗高或污染严重，因而发展受到较大限制，三氯乙醛法和乙醛酸与尿素直接缩合法较易实现工业化生产，而目前工业生产尿囊素普遍采用乙醛酸与尿素直接缩合，要提高尿囊素的质量与收率，关键在于乙醛酸与尿素缩合反应。 本研究采用的路线和方法 催化剂的研究是尿素乙醛酸直接缩合反应的关键。 对于乙醛酸与尿素的缩合反应，目前主要采用液体无机酸作为催化剂，这在生产中存在着不可避免的缺陷，如反应选择性差、副反应较多、后处理繁琐、 设备腐蚀严重、废酸排放量大，从而导致产品尿囊素质量差、收率低、生产成本高、环境污染严重等问题。 因此，开发出高效、易回收、能重复利用并且不污染环境的新型绿色固体催化剂，是尿囊素合成研究的新方向。 与液体酸催化剂相比，固体酸催化在工艺上更容易实现连续化生产，且不存在对设备的腐蚀等问题；另外，固体酸催化剂可在高温下反应，可扩大酸催化剂的应用领域，并易于与其他单元过程耦合形成集成过程，节约能源和资源。 基于这些优点，多年来人们一直为开发新的包括超强酸在内的固体酸的努力。 目前，已有多个以固体酸代替液体酸作催化剂的反应过 程实现了工业化，但针对尿囊素合成用固体酸的研究才处于起步阶段。 本项目旨在研究出适合于尿素乙醛酸直接缩合生产尿囊素的新型高效固体超强酸催化剂，并探索固体超强酸催化的尿囊素合成反应的工艺路线，从而为固体超强酸的制备和尿囊素生产的技术进步提供有效参考，并为绿色化工的实现尽一份力。 第 10 页 共 23 页 第 2部分 实验材料与研究方法 实验材料及仪器 实验材料与试剂 本实验所用的主要试验材料及化学试剂如表 所示。 表 试验材料及化学试剂 材料或试剂名称 等级 生产产家 氧氯化锆 分析纯 成都科龙化工试 剂厂 硅溶胶 分析纯 成都科龙化工试剂厂 钛酸丁酯 化学纯 成都科龙化工试剂厂 硫酸钾 分析纯 成都科龙化工试剂厂 二乙醇胺 化学纯 天津市博迪化工有限公司 无水乙醇 分析纯 上海有机化工试剂研究所 氨水 分析纯 广东 .汕头市西陇化工厂 正硅酸乙酯 分析纯 广东 .汕头市西陇化工厂 硫酸 分析纯 上海有机化工试剂研究所 磷酸 化学纯 天津市科密欧化学试剂开发中心 盐酸 分析纯 广东汕头市西陇化工厂 硝酸镧 分析纯 成都科龙化工试剂厂 硝酸铈铵 分析纯 北京北化精细化学品有限责任公司 硝酸铁 分析纯 天津市化学三厂 硝酸银 分析纯 成都科龙化工试剂厂 尿素 分析纯 成都科龙化工试剂厂 乙醛酸 工业级 上海翔立化工助剂有限公司 吡啶 分析纯 成都科龙化工试剂厂 二氧化钛 分析纯 成都科龙化工试剂厂 二氧化锆 分析纯 成都科龙化工试剂厂 硝酸锆 分析纯 成都科龙化工试剂厂 实验仪器及设备 本实验所用的主要实验仪器及设备如下表。 表 实验仪器及设备 仪器或设备名称 规格 生产产家 马弗炉 XL1（改造） 上海科析仪器厂 烘箱 DZF200 上海浦 东跃欣科学仪器厂 第 11 页 共 23 页 电子天平 AdenturerTM 奥豪斯国际贸易上海公司 磁力搅拌器 85IC 上海闵行虹浦仪器厂 红外光谱仪 NEXUS 670 美国热电公司 X 射线衍射仪 X’Pert Pro MPD PHILIPS 公司 元素分析仪 EA 3000 意大利 EURO 公司 低温液氮吸附脱附仪 Quantachrome Nove1000e 美国 Quantachrome 透射电镜 Teai G2 F20 STWIN 美国 FEI 公司 恒温水浴 177。 ℃ 自制 酸度计 pHS25 上海雷磁 催化剂的制备 SO42/SiO2ZrO2的制备 称取一定量的氧氯化锆固体，用蒸馏水溶解，配制成约 ，另称取一定量的硅溶胶，将其滴加到氧氯化锆溶液中，搅拌均匀，将沉淀剂氨水滴加到上述混合液中，直至 pH 值为 9 左右，继续搅拌 30min，放置陈化一段时间，然后进行过滤，并反复洗涤滤饼至用。 将滤饼在 110℃ 烘干，称重，按 1ml/g 的比例加入硫酸溶液浸渍一定时间，再次烘干，最后放入马弗炉中在指定温度下焙烧一段时间。 调整硅锆 比、焙烧温度、焙烧时间、浸渍液浓度、浸渍时间等制备参数，得到一系列锆基催化剂。 稀土镧修饰的 SiO2ZrO2的制备 按 Si O2： ZrO2＝ 5： 95（质量比），制得的催化剂前驱体经干燥后，首先用计算量的硝酸铈铵或硝酸镧溶液浸渍，使得 La2O3： SiO2ZrO2 质量比分别为 %、 ％、 %、 %、 %、 %，然后经干燥处理，再用硫酸浸渍 1h，烘干焙烧，得到稀土元素修饰的复合催化剂。 催化剂表征 XRD X 射线衍射法（简称 XRD）可 以鉴定样品的物相，也可以鉴定物质晶粒的尺寸大小等。 依据 XRD 衍射图中的衍射峰的位置和半峰宽，利用 Scherrer 公式可以计算出纳米粒子的粒径 D： 式中， K 为常数，用半高宽 β1／ 2(弧度 )时 K 取 ； θ 为 Bragg 角，度； λ 为测定时所用 X 射线波长， 197。 ； β为因纳米粒子细化引起的 X 射线宽化，弧度。 cosKD 第 12 页 共 23 页 本文采用 PHILIPS 公司生产的 X’Pert Pro MPD X射线衍射仪，样品的测量使用 ω／ 2θ 扫描模式，得到样品的 XRD 谱图。 TEM 透射电子显微镜（ Transmission electron microscope，缩写 TEM），简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。 散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可。