一种苯酚羟基化制备对苯二酚和邻苯二酚的方法

专利名称：一种苯酚羟基化制备对苯二酚和邻苯二酚的方法
技术领域：
本发明是关于一种苯酚羟基化的方法，更进一步说是关于一种含有贵金属 的钛硅材料为催化剂催化苯酸羟基化制备对苯二酴和邻苯二酚的方法。
背景技术：
对苯二酸和邻苯二酚是两种重要的化工原料和化工中间体，具有广泛的用 途。邻苯二酴可用作橡胶硬化剂、电镀添加剂、皮肤防腐杀菌剂、染发剂、照 相显影剂、彩照抗氧化剂、毛皮染色显色剂、油漆和清漆抗起皮剂，是合成树 脂、鞣酸、农药^^喃丹、残杀威、医药黄连素、肾上腺素、香料香兰素、黄樟 素、胡椒醛的重要原料。对苯二酚主要用于显影剂、蒽醌染料、偶氮染料、合 成氨助溶剂、橡胶防老剂、阻聚剂、涂料和香精的稳定剂、抗氧剂。苯酚用过氧化氢羟基化制对苯二酚和邻苯二酚是目前世界上普遍釆用的生 产工艺。传统的以过氧化氢为氧化剂的苯酚羟基化生产苯二酚的方法，有采用以硫酸和磷酸为催化剂的Rhone-Poulenc方法，该方法苯酴的转化率为5%;或 是釆用以F +和(:02+制备的芬顿试剂为催化剂的Brichima方法，该方法苯酚的 转化率为10%。这两种方法均由于过氧化氢的分解，苯酚转化率低，且工艺复 杂，环境污染严重。随着催化科学和催化新材料的不断发展，以&02为氧化剂的环境友好绿色 催化氧化新工艺正迅速的发展而倍受瞩目。J. Chem. Soc. Chem. Co隱un. ， 1019 ( 1996 )中报道了 一种以HA为氧化 剂，LaAi04为催化剂的苯酚羟基化反应方法。该方法是以水为溶剂，过氧化氢 用量大，它与苯酚的摩尔投料比为60: 1,在70。C反应2小时后，苯酚的转化 率为51%。A卯l. Catal. ， 93 ( 1993 )， 123报道的苯酚羟基化反应方法，是以比02为 氧化剂，以具有不同的V/ (V+Si)比的钒硅分子筛(VS-2)为催化剂，水为溶 剂。实验结果表明，在V/ (V+Si) =0.0127时，经过8(TC反应8小时，苯酚的 转化率为28%， HA的转化率为63%。Stud. Surf. Sci. Catal. ， 37 ( 1988 ), 413中报道了 Enichem公司开发的 具有MFI结构的TS-1分子筛用于苯酴羟基化的方法。该方法苯酚的转化率为 25%，过氧化氢的转化率为70%，氧化产物苯二酴的选择性为90%。Stud. Surf. Sci. Catal.， 55 ( 1990 ), 53中报道的苯酴羟基化反应方法， 是以HA为氧化剂，TS-1分子筛为催化剂，水为溶剂，8(TC下反应4小时后， 苯酚的转化率为15%， HA的转化率为34%。J. Mol. Catal, 71 ( 1990 ), 373中报道的苯酚羟基化反应，是以HA为氧 化剂，具有MEL结构的TS-2分子篩为催化剂，丙酮为溶剂，在69'C下反应24 小时后，苯酚的转化率为27%, HA的转化率为70%。虽然以HA为氧化剂的环境友好绿色催化氧化新工艺与传统生产工艺比较 优势明显，但普遍存在过氧化氢利用率较低的问题。而且由于HA极不稳定， 遇热、光，粗糙表面、重金属及其它杂质会分解，且具有腐蚀性，在包装、储 存、运输中要釆取特别的安全措施。受到成本和安全问题的局限，且制备HA 需要单独的设备和循环系统，耗资较大，现场生产费用很高，并需要开发与反 应相匹配的工艺。在没有更严格的环保法规出台之前，该TS-1/HA体系有一定 的经济障碍。分子氧廉价易得且无污染，是最理想的氧源。利用比和02直接合成H202, 可以大大降低TS-1/H202体系工业化成本。Pt、 Pd是仏和02合成HA的有效组 分，有文献报道将其负载在钛硅材料上原位生成HA用于丙烯气相环氧化反应 的研究。如J. Catal., 176 ( 1998 ): 376-386以Pt-Pd/TS-l为催化剂对丙烯 气相氧化进行了研究。迄今未见应用在苯酚羟基化方面的报道。发明内容本发明的目的是提供一种以独特的微孔钛硅材料为催化剂催化苯酚羟基化 制备对苯二酚和邻苯二酴的新方法。本发明提供的催化苯酴羟基化的方法，其特征在于在温度为G 18(TC和压 力为0.1-3. OMPa的条件下，将苯酴、氧气、氢气、稀释气体、溶剂和催化剂 接触，苯酚与氧气、氢气、稀释气体的摩尔比为1: (0.1-10): (0.1-10): (0~100)，苯酚与催化剂的质量比为(0.5-50) : 1，溶剂与催化剂的质量比 为(20 - 1000 ): 1,所说的催化剂为一种微孔钛硅材料或含有该微孔钛硅材料 的组合物，微孔钛硅材料的组成用氧化物的形式表示为 xTi02 -100SiO2 .yEmOn 'zE，其中x值为0. 001 ~ 50. 0、 (y+z)值为0. 005 — 20. 0 且y/z〈1, E表示选自Ru、 Rh、 Pd、 Re、 Os、 Ir、 Pt和Au中的 一种或几种贵 金属，m和n为满足E氧化态所需的数，该材料晶粒部分或全部为空心结构。本发明提供的苯酚羟基化方法中，所说的微孔钛硅材料在申请号为 200710064981.6的中国专利申请中披露，在氧化物的表示形式中，x值优选 0.005-25、 (y+z)值优选0. 01-10，贵金属E优选Pd、 Pt和Au中的一种或几 种，更优选Pd和/或Pt,当贵金属为两种或两种以上时，所说的y的值为每种 贵金属y值的和，所说的z的值为每种贵金属z值的和，例如，当所选贵金属 为 Pt和Pd时，该材料的组成用氧化物的形式表示为 xTi02 100Si02 yft0 y2PdO z!Pt z2Pd,即y=yi+y2、 z二z一Z2。该材料的晶 粒全部或部分为空心结构，空心晶粒的空腔部分的径向长度为2~ 300纳米，优 选为10 200纳米；该材料在25。C， P/P。=0.10，吸附时间l小时的条件下测 得的苯吸附量为至少50亳克/克，优选为至少70毫克/克；其低温氮吸附的吸 附等温线和脱附等温线之间存在滞后环；空腔部分的形状不是固定不变的，可 以为矩形、圆形、不规则圆形、不规则多边形等各种形状，或者是这些形状中 的一种或几种的结合；其晶粒可以为单个晶粒或者由多个晶粒聚集成的聚集晶 粒。所说的微孔钛硅材料，晶粒全部或部分为空心结构，有利于反应物和产物 分子的扩散，使贵金属与钛硅分子筛的协同作用得到提高，克服了贵金属聚集 的弊端。在申请号为200710064981.6的中国专利申请中同时披露上述所说的微孔 钛硅材料的两种制备方法。方法之一是先将钛硅分子筛、保护剂、贵金属源和还原剂加入到含有碱源 的溶液中混勻后转入反应釜中水热处理，过滤、洗涤、干燥即得，更具体地说 包括(1) 先将钛硅分子筛、保护剂、贵金属源和还原剂加入到含有碱源的溶 液中混勻，其组成为钛硅分子筛(克)保护剂(摩尔)碱源(摩尔)还 原剂(摩尔)贵金属源(克，以贵金属单质计)水(摩尔)=100: ( 0. 0001-5. 0 ):(0.005-5.0 ): ( 0.005—15.0 ): ( 0.005—10.0 ): ( 200-10000 );(2) 再将步骤(1)所得的混合物转入反应釜中在水热处理条件下反应， 并回收产物即得本发明的微孔钛硅材料。其中，步骤(1)中组成优选为钛硅分子筛(克)保护剂(摩尔)碱 源(摩尔)还原剂(摩尔)贵金属源(克，以贵金属单质计)水(摩尔) =100: ( 0.005-1.0 ): ( 0.01-2.0 ): ( 0.01-10.0): ( 0.01-5.0 ): ( 500-5000 )。步骤(l)中所说的钛硅分子筛包括各种类型结构的钛硅分子筛，如TS-l, TS-2， Ti—BETA, Ti-MCM-22等，优选为TS_1。
步骤(1 )所说的保护剂是指聚合物或表面活性剂，其中聚合物可以是聚丙 烯、聚乙二醇、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯等，表面活性剂可以是阴离子表 面活性剂、阳离子表面活性剂以及非离子表面活性剂。步骤(1)所说的还原剂可以是肼、硼氢化物、柠檬酸钠等，其中肼可以是 水合肼、盐酸肼、硫酸肼等，硼氢化物可以是硼氢化钠、硼氢化钾等。步骤(1)所说的贵金属源选自上述贵金属的无机物或有机物，可以是氧化 物、卣化物、碳酸盐、硝酸盐、硝酸铵盐、氯化氨盐、氢氧化物或贵金属的其 它络合物等。以钯为例，钯源可以是无机钯源和/或有机钯源。其中无机钯源可以是氧化钯、碳酸钯、氯化钯、硝酸钯、硝酸氨钯、氯化氨钯、氢氧化钯或者 钯的其它络合物等，有机钯源可以是醋酸钯、乙酰丙酮钯等。步骤(l)所说碱源为无机碱源或有机碱源。其中无机碱源为氨水、氢氧化 钠、氢氧化钾、氢氧化钡等；有机碱源为尿素、季胺碱类化合物、脂肪胺类化 合物、醇胺类化合物或由它们所组成的混合物。所说的季铵碱类化合物其通式为(R、NOH，其中！^为具有1-4个碳原子的烷基，优选的为丙基。所说的脂肪胺类化合物其通式为R2(NH2)n,其中112选自具有1-4个碳原子 的烷基或者亚烷基，11=1或2;所说脂肪胺类化合物为乙胺、正丁胺、丁二胺 或己二胺。所说的醇胺类化合物其通式为(HOR3)JH(3—其中f选自具有1-4个碳原子 的烷基；m=l、 2或3;所说醇胺类化合物为单乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。步骤(2)所说的水热处理条件是在温度80-20(TC及自生压力下水热处理 2-360小时，所说的回收产物的过程为本领域技术人员所熟知，并无特别之处， 通常包括将晶化产物洗涤、干燥等过程。方法之二包括如下步骤-.(1) 将钛源、硅源、碱源、保护剂、贵金属源和水混合后于120~ 200°C 水热晶化6小时-10天，取出过滤后干燥、焙烧得中间晶态材料，混合物的摩 尔组成为硅源钛源碱源贵金属源保护剂水=100: ( 0.005-50.0 ):(0.005-20.0 ): ( 0. 005-10. 0 ) : ( 0.005-5.0 ): ( 200-10000 ),其中硅源以Si02计，钬源以Ti02计，贵金属源以单质计；(2) 将步骤(1)所得的中间晶态材料转入步骤(1)所剩的滤液中，加入
与步骤(l)中所加入的贵金属源的摩尔比为0.1-10的还原剂后，于反应釜中在温度80-20(TC及自生压力下水热处理2-360小时，并回收产物即得本发明的 微孔钛硅材料。其中，步骤(1)混合物的摩尔组成优选为硅源钛源碱源贵金属源 保护剂水-100: (0.01-10.0): (0. 01—10. 0): (0.01-5.0): (0.01-1.0 ): (500-5000)。步骤(l)所说硅源为硅胶、硅溶胶或者有机硅酸酯，优选的是有机硅酸酯； 所说的有机硅酸酯其通式为R44Si04，其中{14优选具有1-4个碳原子的烷基，更 优选的为乙基。步骤(1)所说钛源为无机钛盐或者有机钛酸酯，优选的为有机钛酸酯；所 说的无机钛盐可以是TiCl4、 Ti(S04)2或者TiOCl2;所说的有机钛酸酯其通式为 Ti(OR5)4,其中115为具有1-6个碳原子的烷基，更优选的是具有2-4个碳原子 的垸基。步骤(1)中所说碱源为季胺碱类化合物或季胺碱类化合物与脂肪胺类化合 物、醇胺类化合物所组成的混合物。其中，所说的季铵碱类化合物其通式为 (R6)4NOH， 116为具有1-4个碳原子的烷基，优选的为丙基。所说的脂肪胺类化 合物其通式为R7(NH2)n,其中R'选自具有1-4个碳原子的烷基或者亚烷基，n = 1或2,例如乙胺、正丁胺、丁二胺、己二胺等。所说的醇胺类化合物其通式为 (H0R8) NH(3—m);其中118选自具有1-4个碳原子的烷基；m=l、 2或3,例如单乙 醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等。步骤(1 )所说的保护剂是指聚合物或表面活性剂，其中聚合物可以是聚丙 烯、聚乙二醇、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯等，表面活性剂可以是阴离子表 面活性剂、阳离子表面活性剂以及非离子表面活性剂。步骤(1)所说的贵金属源选自贵金属的有机物或无机物，可以是它们的氧 化物、卤化物、碳酸盐、硝酸盐、硝酸铵盐、氯化铵盐、氢氧化物或贵金属的 其它络合物等。以钯源为例，可以是无机钯源和/或有机钯源，其中无机钯源可 以是氧化钯、碳酸钯、氯化钯、硝酸钯、硝酸氨钯、氯化氨钯、氢氧化钯或钯 的其它络合物等，有机钯源可以是醋酸钯、乙酰丙酮钯等。步骤(l)中所说的还原剂可以是羟胺、肼、硼氢化物、柠檬酸钠等，其中 肼可以是水合肼、盐酸肼、硫酸肼等，硼氢化物可以是硼氢化钠、硼氢化钾等。
本发明提供的催化苯酚羟基化的方法可以釆用间歇操作或连续的操作方 式。间歇方式进行时将苯酚、溶剂、催化剂加入反应器后，连续加入氧气、氢气、稀释气体；或将苯酚、催化剂加入反应器后，连续加入溶剂、氧气、氢气、 稀释气体；连续方式进行时可以釆用固定床反应器，装入催化剂后将溶剂、苯 酚和氧气、氢气、稀释气体连续加入；或釆用淤浆床反应器，将催化剂、溶剂 打浆后连续加入苯酚和氧气、氢气、稀释气体同时不断分离产物。在釆用间歇操作或连续的进料方式下反应总气体空速为10 - 10000 h-、优选为100 - 5000h—丄。本发明提供的方法还可以釆用封闭式釜式反应，即将催化剂、溶剂、苯酚 和氧气、氢气、稀释气体同时加入后反应。所说的稀释气体可以是氮气、氩气、氦气、氖气等惰性气体，也可以是二 氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷等。所说的溶剂选自水或甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇、异丁醇等醇 类或丙酮、丁酮等酮类或乙腈等腈类或甲酸、乙酸等羧酸类或它们的混合，优 选为丙酮、水或它们的混合。本发明提供的方法中，根据实际情况可以加入稀释气体和溶剂，也可以不 加入稀释气体或溶剂。本发明提供的方法中，苯酚与氧气的摩尔配比优选为1: (0.2-5. 0),苯 酚与氢气的摩尔配比优选为1: (0.2-5.0)，溶剂与催化剂的质量比优选为 (20 - 500 ) : 1。本发明提供的方法中，所说的优选反应条件为温度20 16(TC、压力0.3~ 2. 5 MPa。本发明提供的方法中，催化剂为微孔钛硅材料或含有微孔钛硅材料的组合 物，其中所说的组合物由微孔钛硅材料与其他选自含钛材料、二氧化硅和氧化 铝中的一种或多种组成。本发明提供的催化苯酚气相羟基化生产苯二酚的方法，在氢气存在下，以 分子氧作氧化剂，在原料气中无需添加任何抑制剂或引发剂的情况下即可得到 高苯二酴选择性和较高氢气有效利用率，且具有较好的活性稳定性。相对于传 统方法，本发明克服了传统生产工艺复杂、设备腐蚀、以及有害排放等问题； 一定程度上解决了 TS-1/HA催化苯酚羟基化反应体系中高成本等问题。该制备 方法简单，成本低廉，釆用含贵金属、尤其是含钯的空心微孔钛硅材料作为催
化活性组分，产物苯二酚选择性较好，苯酴转化率和氢气有效利用率更高，稳 定运转周期更长，使用过程中对生产设备无腐蚀，对环境无不良影响。


图l为实施例l样品A的低温氮气吸附的吸附-脱附等温曲线图。 图2为实施例2样品B的低温氮气吸附的吸附-脱附等温曲线图。 图3为实施例3样品C的低温氮气吸附的吸附-脱附等温曲线图。 图4为实施例4样品D的低温氮气吸附的吸附-脱附等温曲线图。 图5为实施例5样品E的低温氮气吸附的吸附-脱附等温曲线图。 图6为实施例6样品F的低温氮气吸附的吸附-脱附等温曲线图。 图7为实施例7样品G的低温氮气吸附的吸附-脱附等温曲线图。 图8为实施例8样品H的低温氮气吸附的吸附-脱附等温曲线图。 图9为实施例l样品A的透射电子显微镜(TEM)照片。 图10为实施例2样品B的透射电子显微镜(TEM)照片。 图11为实施例3样品C的透射电子显微镜(TEM)照片。 图12为实施例4样品D的透射电子显微镜(TEM)照片。 图13为实施例5样品E的透射电子显微镜(TEM)照片。 图14为实施例6样品F的透射电子显微镜(TEM)照片。 图15为实施例7样品G的透射电子显微镜(TEM)照片。 图16为实施例8样品H的透射电子显微镜(TEM)照片。
具体实施方式
以下的对比例和实施例将对本发明作进一步地说明，但并不因此限制本发 明的内容。对比例和实施例中，所用到的试剂均为巿售的化学纯试剂，所用的钛硅分 子筛是按现有技术Zeolites， 1992， Vol.12第943 950页中所描述的方法制备的 TS-1分子筛样品。样品的低温氮气吸附的吸附-脱附等温曲线是在美国Micromeritics公司 ASAP2405静态氮吸附仪上按照ASTMD4222-98标准方法进行测定。样品的透射电子显微镜照片(TEM )是在荷兰FEI公司Tecnai G2F20S-TWIN 型透射电子显微镜上获得，加速电压20kV。在对比例和实施例中
苯二酚的摩尔数+苯醌的摩尔数苯酚转化率％= -xl00%加入苯酴的摩尔数 苯二酴及其衍生物摩尔量氢气有效利用率°/。=-xiooy。反应消耗的总氢气摩尔量对苯二酚的摩尔数+邻苯二酴的摩尔数苯二酚选择性％=-xiooy。已转化的苯酚摩尔数实施例1 8说明本发明提供的方法中用到的微孔钛硅材料A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H的制备过程。实施例1取20克钛硅分子筛TS-1、浓度为O.Ol g/ml (以钯原子计)的硝酸氨钯络 合物溶液以及适量水合肼和十六烷基三甲基溴化铵加入到四丙基氢氧化铵的水 溶液(质量百分比浓度10%)中搅拌混合均匀，其中钛硅分子筛(克)十六 烷基三甲基溴化铵(摩尔)四丙基氢氧化铵(摩尔)水合肼(摩尔)硝 酸氨钯络合物(克，以钯计)水(摩尔)=100: 0.005: 0.5: 3.0: 2.0: 1000。 然后放入不锈钢密封反应釜，在150。C的温度和自生压力下水热处理48小时， 将所得物过滤、用水洗涤，自然干燥后，并在18(TC下继续干燥3小时，即得 本发明的新型含贵金属的微孔钛硅材料A。经表征，其组成用氧化物的形式可 以表示为4Ti02 100SiO2 . O.OlPdO 0.09Pd,其低温氮气吸附的吸附-脱附等 温曲线图有滞后环(图1 ),透射电子显微镜照片显示出其为空心结构(图9)。实施例2取20克钛硅分子筛TS-1、浓度为O.Ol g/ml (以钯原子计)的氯化钯溶液 以及适量盐酸肼和聚丙烯加入到氢氧化钠的水溶液(质量百分比浓度15%)中 搅拌混合均匀，其中钛硅分子筛(克)聚丙烯(摩尔)氢氧化钠(摩尔) 盐酸肼(摩尔)氯化钯(克，以钯计)水(摩尔)=100: 0.9: 1.8: 0.15: 0.1: 4600。然后放入不锈钢密封反应釜，在18(TC的温度和自生压力下水热处 理24小时，将所得物过滤、用水洗涤，自然干燥后，并在110'C下继续干燥3 小时，即得本发明的新型含贵金属的微孔钛硅材料B。经表征，其组成用氧化 物的形式可以表示为8Ti02 100SiO2 0.006PdO 0.008Pd,其低温氮气吸附的 吸附-脱附等温曲线图有滞后环(图2),透射电子显微镜照片显示出其为空心 结构(图10)。实施例3将正硅酸四乙酯、钛酸四丁酯、浓度为0.01 g/ml (以钯原子计)的乙酸钯 溶液和吐温80加入到四丙基氢氧化铵和丁二胺的水溶液(质量百分比浓度均为 10%)中搅拌混合均匀，其中摩尔组成硅源钛源四丙基氢氧化铵丁二胺 钯源保护剂水=100: 0.03: 0.5: 0.1: 0.05: 0.02: 550，硅源以Si02计， 钛源以Ti02计，钯源以Pd计。然后放入密封反应釜，在12(TC的温度和自生 压力下水热处理120小时，将所得物取出过滤后干燥、焙烧得中间晶态材料。 将中间晶态材料转入上述所剩的滤液中，加入适量水合肼后在170。C的温度和 自生压力下水热处理36小时，将所得物过滤、用水洗涤，自然干燥后，并在 15(TC下继续干燥3小时，即得本发明的新型含贵金属的微孔钛硅材料C。经表 征，其组成用氧化物的形式可以表示为0.008TiO2 100SiO2 O.OlPdO 0.2Pd， 其低温氮气吸附的吸附-脱附等温曲线图有滞后环(图3),透射电子显微镜照 片显示出其为空心结构(图11)。实施例4将正硅酸四乙酯、钛酸四丁酯、浓度为0.01g/ml (以钯原子计)的氯化氨 钯溶液和十二烷基苯磺酸钠加入到四丙基氢氧化铵的水溶液(质量百分比浓度 15%)中搅拌混合均匀，激烈搅拌下分批加入，继续搅拌一段时间，其中摩尔 组成硅源钛源碱源钯源保护剂水=100: 2.0: 5.2: 2.0: 0.5: 2500， 硅源以Si02计，钛源以Ti02计，钯源以Pd计。然后放入不锈钢密封反应釜， 在15(TC的温度和自生压力下水热处理96小时，将所得物取出过滤后干燥、焙 烧得中间晶态材料。将中间晶态材料转入上述所剩的滤液中，加入适量盐酸肼 后在120'C的温度和自生压力下水热处理48小时，将所得物过滤、用水洗涤， 自然干燥后，并在12(TC下继续干燥3小时，即得本发明的新型含贵金属的微 孔钛硅材料D 。经表征，其组成用氧化物的形式可以表示为 19Ti02 100SiO2 0.5PdO 1.3Pd,其低温氮气吸附的吸附-脱附等温曲线图有 滞后环(图4),透射电子显微镜照片显示出其为空心结构(图12)。实施例5取20克钛硅分子筛TS-1、浓度为0.01 g/ml(以钯原子计)的乙酸钯溶液 以及适量硼氢化钠和吐温80加入到丁二胺的水溶液(质量百分比浓度10%) 中搅拌混合均勻，其中钛硅分子筛(克)吐温80(摩尔)丁二胺(摩尔) 硼氢化钠(摩尔)乙酸钯(克，以钯计)水(摩尔)=100: 0.1: 0.02: 0.05: 0.03: 520。然后放入不锈钢密封反应釜，在120°C的温度和自生压力下水热处 理120小时，将所得物过滤、用水洗涤，自然干燥后，并在15(TC下继续干燥3 小时，即得本发明的新型含贵金属的微孔钛硅材料E。经表征，其组成用氧化 物的形式可以表示为0.1TiO2 100SiO2 O.lPdO 0.75Pd，其低温氮气吸附的 吸附-脱附等温曲线图有滞后环(图5)，透射电子显微镜照片显示出其为空心 结构(图13 )。实施例6取20克钛硅分子筛TS-1、浓度为0.01 g/ml (以钯原子计)的氯化氨钯溶 液以及适量硫酸肼和十二烷基苯磺酸钠加入到四丙基氢氧化铵的水溶液(质量 百分比浓度10%)中搅拌混合均匀，激烈搅拌下分批加入，继续搅拌一段时间， 其中钛硅分子筛(克)十二烷基苯磺酸钠(摩尔)四丙基氢氧化铵(摩尔) 硫酸肼(摩尔)氯化氨钯(克，以钯计)水(摩尔)=100: 0.5: 0.1: 8.5: 4.8: 2000。然后放入不锈钢密封反应釜，在90°C的温度和自生压力下水热处理 240小时，将所得物过滤、用水洗涤，自然干燥后，并在12(TC下继续干燥3 小时，即得本发明的新型含贵金属的微孔钛硅材料F。经表征，其组成用氧化 物的形式可以表示为0.04TiO2 . 100SiO2 . 0.6PdO 5.1Pd，其低温氮气吸附的 吸附-脱附等温曲线图有滞后环(图6)，透射电子显微镜照片显示出其为空心 结构(图14)。实施例7将正硅酸四乙酯、钛酸四乙酯、浓度为0.01g/ml (以钯原子计)的乙酸钯 溶液和十六烷基三甲基溴化铵加入到四丙基氢氧化铵(质量百分比浓度13%) 中搅拌混合均匀，其中硅源钛源碱源钯源保护剂水=100: 8.2: 7.5: 0.1: 0.05: 800，硅源以Si02计，钬源以Ti02计，钯源以Pd计。然后放入不 锈钢密封反应釜，在16(TC的温度和自生压力下水热处理96小时，将所得物取
出过滤后干燥、焙烧得中间晶态材料。将中间晶态材料转入上述所剩的滤液中，加入适量盐酸肼后在17(TC的温度和自生压力下水热处理36小时，将所得物过 滤、用水洗涤，自然干燥后，并在15(TC下继续干燥3小时，即得本发明的新 型含贵金属的微孔钛硅材料G。经表征，其组成用氧化物的形式可以表示为 23Ti02 . 100SiO2 . 0.04PdO . 0.8Pd，其低温氮气吸附的吸附-脱附等温曲线图有 滞后环(图7),透射电子显微镜照片显示出其为空心结构(图15)。实施例8取20克钛硅分子筛TS-1、浓度为0.01 g/ml (以钯原子计)的硝酸氨钯和 硝酸氨铂络合物溶液以及水合肼和十六烷基三甲基溴化铵加入到四丙基氢氧化 铵的水溶液(质量百分比浓度14%)中搅拌混合均匀，其中钛硅分子筛(克) 十六烷基三甲基溴化铵(摩尔)四丙基氢氧化铵(摩尔)水合肼(摩尔) 硝酸氨铂(克，以铂计)硝酸氨钯(克，以钯计)水(摩尔)=100: 0.1: 1.2: 2.0: 0.8: 1.2: 1800。然后放入不锈钢密封反应釜，在18(TC的温度和自 生压力下水热处理72小时，将所得物过滤、用水洗涤，自然干燥后，并在1S0 'C下继续干燥3小时，即得本发明的新型含双贵金属的微孔钛硅材料H。经表 征，其组成用氧化物的形式可以表示为 4Ti02 . 100SiO2 0.3PdO . 0.9Pd 0.1PtO . 0.7Pt,其低温氮气吸附的吸附-脱附 等温曲线图有滞后环(图8)，透射电子显微镜照片显示出其为空心结构(图 16)。对比例1、 2说明利用浸渍方法制备负载型钯/钛硅分子筛对比催化剂的过程。对比例1本对比例是利用浸渍方法制备负载型钯/钛硅分子筛(0. 5%Pd/TS-l )催化 剂。取钛硅分子筛TS-1样品10克以及15ml水加入到5ml浓度为0. 01g/ml的 PdCl2水溶液中，在温度为40。C下搅拌24小时，其间适当密封，然后室温自然 干燥48小时，即得到负载型钯/钛硅分子筛(0.5%Pd/TS-1)催化剂(在进行反 应前需要在氮气氢气混合气氛中在温度为30(TC的条件下还原活化3小时，下 同)。
对比例2本对比例是利用浸渍方法制备负载型钯/钛硅分子筛(2%Pd/TS-1)催化剂。 取钛硅分子筛TS-1样品10克加入到20ml浓度为0. 01g/ml的PdCl2水溶液中， 在温度为4(TC下搅拌24小时，其间适当密封，然后室温自然干燥48小时，即 得到负载型钯/钛硅分子筛(2%Pd/TS-l)催化剂。实施例9-18说明应用实施例1-8制备的催化剂A-H进行苯酚羟基化制备对 苯二酴和邻苯二酴的过程。实施例9将苯酚、氧气(4%体积，其余为氮气)、氢气、溶剂和A按照苯酴与氧气、 氢气的摩尔比为1: 1: 1,溶剂丙酮与催化剂的质量比为200，在温度为6(TC 压力为0.5 MPa下，在总气体体积空速为1000 h-〗下反应进行反应。反应2小时的结果如下苯酚转化率为12%;氢气有效利用率为36%;苯二 酚选择性为99%。反应15小时的结果如下苯酚转化率为11.3%;氢气有效利用率为35%; 苯二酚选择性为99°/。。实施例10将苯酚、氧气、氢气(10%体积，其余为氩气)、溶剂和B按照苯酚与氧气、 氢气的摩尔比为1: 2: 2，溶剂丙酮与催化剂的质量比为100,在温度为30°C 压力为1.5 MPa下，在总气体体积空速为500 h-i下反应进行反应。反应2小时的结果如下苯酚转化率为15%;氢气有效利用率为35%;苯二 酚选择性为99%。反应15小时的结果如下苯酚转化率为14.5%;氢气有效利用率为33%; 苯二酴选择性为98%。实施例11将苯酴、氧气(80%体积，其余为二氧化碳)、氢气、溶剂和C按照苯酚与 氧气、氢气的摩尔比为l: 0.5: 2，溶剂丙酮与催化剂的质量比为50，在温度 为4(TC压力为0.8 MPa下，在总气体体积空速为2000 h—〗下反应进行反应。
反应2小时的结果如下苯酴转化率为14%;氢气有效利用率为37%;苯二 酚选择性为99%。反应15小时的结果如下苯酴转化率为14%;氢气有效利用率为35%;苯 二酴选择性为98%。实施例12将苯酚、氧气、氢气(4%体积，其余为甲烷)、溶剂和D按照苯酚与氧气、 氢气的摩尔比为l: 2: 0.5，溶剂丙酮与催化剂的质量比为80，在温度为50°C 压力为1.2 MPa下，在总气体体积空速为1500 h-t下反应进行反应。反应2小时的结果如下苯酴转化率为15%;氢气有效利用率为35%;苯二 酚选择性为98%。反应15小时的结果如下苯酴转化率为14%;氢气有效利用率为36%;苯 二酴选择性为98%。实施例13将苯酚、氧气、氢气、溶剂和E按照苯酚与氧气、氢气的摩尔比为l: 5: 5，溶剂水与催化剂的质量比为20，在温度为IO(TC压力为2. 5MPa下，在总气 体体积空速为200 h-i下反应进行反应。反应2小时的结果如下苯酚转化率为9%;氢气有效利用率为35%;苯二 酚选择性为98%。反应15小时的结果如下苯酴转化率为8%;氢气有效利用率为33%;苯二 酚选择性为93%。实施例14将苯酴、氧气、氢气、溶剂和F按照苯酚与氧气、氢气的摩尔比为1: 0.8: 3,溶剂水与催化剂的质量比为400，在温度为8(TC压力为2. 0MPa下，在总气 体体积空速为4000 h—工下反应进行反应。反应2小时的结果如下苯酴转化率为9%;氢气有效利用率为37%;苯二 酚选择性为99%。反应15小时的结果如下苯酴转化率为9%;氢气有效利用率为35%;苯二 酴选择性为98%。
实施例15将苯酚、氧气、氢气、溶剂和G按照苯酚与氧气、氢气的摩尔比为l: 3: 4,溶剂丙酮与催化剂的质量比为30，在温度为5(TC压力为1.5 MPa下，在总 气体体积空速为800 h-:下反应进行反应。反应2小时的结果如下苯酴转化率为13%;氢气有效利用率为35%;苯二 酚选择性为99%。反应15小时的结果如下苯酚转化率为12%;氢气有效利用率为33%;苯 二酴选择性为96%。实施例16将苯酴、氧气、氢气、溶剂和H按照苯酚与氧气、氢气的摩尔比为l: 4: 2,溶剂丙酮与催化剂的质量比为40,在温度为40。C压力为1.8 MPa下，在总 气体体积空速为2500 h-1下反应进行反应。反应2小时的结果如下苯酴转化率为16%;氢气有效利用率为37%;苯二 酚选择性为97%。反应15小时的结果如下苯酚转化率为15%;氢气有效利用率为35%;苯 二酚选择性为96%。实施例17本实施例说明利用实施例1制备的A做催化剂在封闭的釜式反应器中进行 苯酚羟基化的过程。将苯酴、氧气、氢气、溶剂丙酮和A按照苯酴与丙酮、氧气、氢气的摩尔 比为1: 20: 2: 2,丙酮与催化剂的质量比为200，在温度为6(TC压力为0. 6 MPa 下进行反应。反应2小时的结果如下苯酚转化率为14%;氢气有效利用率为36%;苯二 酚选择性为98%。反应15小时的结果如下苯酚转化率为23%;氢气有效利用率为35%;苯 二酴选择性为94%。实施例18本实施例说明利用实施例2制备的B做催化剂在封闭的釜式反应器中进行 苯酴羟基化的过程。将苯酚、氧气、氢气、溶剂丙酮和B按照苯酚与丙酮、氧气、氢气的摩尔
比为1: 5: 1: 1，丙酮与催化剂的质量比为50，在温度为3(TC压力为1. 5 MPa 下进行反应。反应2小时的结果如下苯酸转化率为16%;氢气有效利用率为35%;苯二 酚选择性为97%。反应15小时的结果如下苯酚转化率为25%;氢气有效利用率为32%;苯 二酴选择性为92%。对比例3、 4说明利用对比例1、 2制备的催化剂进行催化苯酚羟基化的效果。本对比例是利用对比例1制备的负载型钯/钛硅分子筛(0. 5%Pd/TS-l)做 催化剂进行氢气氧气存在下催化苯酚羟基化合成苯二酚的过程。将苯酚、氧气、氢气、溶剂和催化剂按照苯酚与氧气、氢气的摩尔比为l: 1: 1，溶剂丙酮与催化剂的质量比为200，在温度为6(TC压力为0. 5 MPa下， 在总气体体积空速为1000 h-工下反应进行反应。反应2小时的结果如下苯酚转化率为6%;氢气有效利用率为16%;苯二 酴选择性为91%。反应15小时的结果如下苯酚转化率为3%;氢气有效利用率为15%;苯二 酚选择性为88%。对比例4本对比例是利用对比例2制备的负载型钯/钛硅分子筛(2%Pd/TS-l)做催 化剂进行氢气氧气存在下催化苯酴羟基化合成苯二酚的过程。将苯酴、氧气、氢气、溶剂和催化剂按照苯酴与氧气、氢气的摩尔比为l: 2: 2,溶剂丙酮与催化剂的质量比为100，在温度为3(TC压力为1.5 MPa下， 在总气体体积空速为500 h-i下反应进行反应。反应2小时的结果如下苯酴转化率为7%;氢气有效利用率为20%;苯二 酴选择性为95%。反应15小时的结果如下苯酚转化率为2%;氢气有效利用率为15%;苯二 酚选择性为90%。
从实施例9-18和对比例3、 4的反应结果可以看出本发明提供的方法， 产物苯二酚选择性较好，苯酚转化率和氢气有效利用率更高，稳定运转周期更长。
权利要求
1. 一种苯酚羟基化制备对苯二酚和邻苯二酚的方法，其特征在于在温度为0～180℃和压力为0.1～3.0MPa的条件下，将苯酚、氧气、氢气、稀释气体、溶剂和催化剂混合接触反应，苯酚与氧气、氢气、稀释气体的摩尔比为1∶(0.1～10)∶(0.1～10)∶(0～100)，苯酚与催化剂的质量比为(0.5-50)∶1，溶剂与催化剂的质量比为(20～1000)∶1，所说的催化剂为一种微孔钛硅材料或含有该微孔钛硅材料的组合物，微孔钛硅材料的组成用氧化物的形式表示为xTiO2·100SiO2·yEmOn·zE，其中x值为0.001～50.0、(y+z)值为0.005～20.0且y/z<1，E表示选自Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt和Au中的一种或几种贵金属，m和n为满足E氧化态所需的数，该材料晶粒部分或全部为空心结构。
2. 按照权利要求1的方法，其特征在于所说的贵金属E为Pt和/或Pd。
3. 按照权利要求l的方法，其特征在于所说的x值为0.005 - 25. 0、 (y+z) 值为0. 01 ~ 10, 0。
4. 按照权利要求1的方法，其特征在于所说的含有微孔钛硅材料的组合物由 微孔钛硅材料与其他选自含钛材料、二氧化硅和氧化铝中的一种或多种组
5. 按照权利要求l的方法，其特征在于所说的稀释气体选自氮气、氩气、氦 气、氖气，或者选自二氧化碳、甲垸、乙烷、丙烷。
6. 按照权利要求l的方法，苯酚与氧气的摩尔比为l: (0.2-5.0),苯酚 与氢气的摩尔比为1: (0. 2~5. 0)，溶剂与催化剂的质量比为(20 500 ):
7. 按照权利要求l的方法，其特征在于反应温度为20~160°C,反应压力为 0. 3 ~ 2. 5 MPa。
8. 按照权利要求l的方法，其特征在于所说的溶剂选自水、醇、酮、腈和羧 酸中的一种或多种的混合物。
9. 按照权利要求8的方法，其特征在于所说的醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异 丙醇、叔丁醇或异丁醇，所说的酮为丙酮、丁酮，所说的腈为乙腈，所说 的羧酸为甲酸、乙酸。
10. 按照权利要求l的方法，其特征在于所说的溶剂为丙酮和/或水。
11. 按照权利要求l的方法，其特征在于釆用间歇操作或连续操作方式，反应 总气体空速为10 ~ 10000 h—1。
12. 按照权利要求ll的方法，所说的反应总气体空速为100~ 5000 h-1。
全文摘要
本发明公开了一种苯酚羟基化制备对苯二酚和邻苯二酚的方法，其特征在于在温度为0～180℃和压力为0.1～3.0MPa的条件下，将苯酚、氧气、氢气、稀释气体、溶剂和催化剂混合接触反应，苯酚与氧气、氢气、稀释气体的摩尔比为1∶(0.1～10)∶(0.1～10)∶(0～100)，苯酚与催化剂的质量比为(0.5-50)∶1，溶剂与催化剂的质量比为(20～1000)∶1，所说的催化剂为一种微孔钛硅材料或含有该微孔钛硅材料的组合物，微孔钛硅材料的组成用氧化物的形式表示为xTiO₂·100SiO₂·yE_mO_n·zE，其中x值为0.001～50.0、(y+z)值为0.005～20.0且y/z＜1，E表示选自Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt和Au中的一种或几种贵金属，m和n为满足E氧化态所需的数，该材料晶粒部分或全部为空心结构。该方法产物苯二酚选择性较好，苯酚转化率和氢气有效利用率更高，稳定运转周期更长。
文档编号C07C37/60GK101397240SQ200710175279
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者史春风, 慕旭宏, 斌 朱, 民 林, 汝迎春, 汪燮卿, 罗一斌, 舒兴田, 军 龙 申请人:中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院