1,4-环己烷二甲酸催化剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种1，4_环己烷二甲酸催化剂，其制备方法，以及1，4_环己烷二甲酸 的合成方法。
【背景技术】
[0002] 1，4_ 环己烧二甲酸（1，4-cyclohexanedicarboxylic acid，简称 CHDA)，是脂肪 族二元酸，具有对称结构1，4位取代基和脂肪族环状结构等特点，为高性能涂料用聚酯树 脂和玻璃纤维增强塑料带来了许多独特的性能，产品用于汽车、运输、工业维护、航空航天、 建筑物、设备仪器和普通金属及胶衣涂料等方面。除此之外，在医药方面，CHDA可用于合 成消化性溃疡药。近十几年来，以对苯二甲酸为原料直接加氢制备CHDA的工艺技术取得 了快速进展，如美国Eastman化学公司在中国的专利CN1229322(标题为：苯二甲酸的氢 化）以0. 5wt% Pd/C为催化剂，考察了浓度为5wt%的对苯二甲酸水溶液在200°C、23(TC 和260°C的加氢反应，发现随着反应温度的增加，CHDA的选择性呈现不断下降的趋势，当温 度达到260°C时，CHDA的选择性仅有85. 5%，生成了相当量的对苯二甲酸的脱羧产物，如 环己烷甲酸、苯甲酸等。除此之外，日本三菱瓦斯化学株式会社的美国专利US6541662(标 题为：Process for producing a hydrogenation product of an aromatic carboxylic acid)采用5wt% Pd/C为催化剂，在反应温度为190°C下反应6h，对苯二甲酸的转化率达到 了 96. 2%，CHDA的收率也达到了 93. 2%，但当他们将反应温度提高至270°C反应6h，对苯 二甲酸的转化率达到了 100%，但CHDA的收率却下降至82. 5%，生成了大量的环己烷和甲 基环己烷等对苯二甲酸的脱羧产物。因此，反应温度对对苯二甲酸加氢产物的选择性有着 重大的影响。由于对苯二甲酸在水中的溶解度在低温下十分有限，而反应又需要在水溶液 中进行，因此要实现经济的工业生产必须在高温下进行。但现有技术普遍存在当反应温度 高于260°C后，对苯二甲酸易发生脱羧反应生成相当量的脱羧产物，如苯甲酸、环己甲酸、甲 基环己烷和环己烷，从而导致目标产物1，4_环己烷二甲酸选择性下降的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术方案之一是现有技术中存在的对苯二甲酸加氢制备1， 4-环己烷二甲酸中高温反应时对苯二甲酸易发生脱羧反应的问题，提供一种新的1，4_环 己烷二甲酸催化剂。该催化剂具有在高反应温度下不易发生脱羧反应的特点。
[0004] 本发明所要解决的技术问题之二是上述技术问题之一所述的催化剂的制备方法。
[0005] 本发明所要解决的技术问题之三是采用上述技术问题之一所述催化剂的1，4-环 己烷二甲酸的合成方法。
[0006] 为了解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：1，4-环己烷二甲酸催 化剂，以活性炭为载体，包括以Pd、Zr和Nb为活性组分。
[0007] 上述技术方案中，Pd含量优选为1~10wt%，更优选为3~5wt%。
[0008] 上述技术方案中，Zr含量优选为0· 5~3wt %，更优选为0· 5~lwt %。
[0009] 上述技术方案中，Nb含量优选为0. 5~2wt%，更优选为1~1.6wt%。
[0010] 为了解决上述技术问题之二，本发明的技术方案如下：上述技术问题之一的任一 项所述的技术方案中所述催化剂的制备方法，包括如下的步骤：
[0011] a)用所需量的含Pd化合物、含Zr化合物和含Nb化合物的溶液浸渍载体活性炭；
[0012] b)用还原剂将Pd、Zr和Nb的化合物还原为金属单质。
[0013] 上述技术方案中，所述的还原剂优选为氢气、甲醛、水合肼、甲酸或甲酸钠中至少 一种。
[0014] 为了解决上述技术问题之三，本发明的技术方案如下：1，4-环己烷二甲酸的合成 方法，在上述技术问题之一的技术方案中任一项所述催化剂存在下，以水为溶剂，氢气和对 苯二甲酸反应得到1，4-环己烷二甲酸。
[0015] 上述技术方案中，对苯二甲酸投料量与水的质量比优选为1: (1~10)，更优选为 1: (3 ~5) 〇
[0016] 上述技术方案中，催化剂与对苯二甲酸投料量的质量比优选为1: (1~20)，更优 选为1: (5~10)。
[0017] 上述技术方案中，反应温度优选为265~300°C，更优选为265~285°C。
[0018] 上述技术方案中，氢气压力为1~lOMPa，更优选为2. 5~5MPa。
[0019] 本发明中在原料与对苯二甲酸质量比为1:4,催化剂与对苯二甲酸的质量比为 1:7. 5,反应温度272°C，氢气压力4MPa下，原料对苯二甲酸的转化率为100%，CHDA的选择 性为98%，副产物仅有4-甲基-环己烷甲酸，而且催化剂套用10次，未见明显失活，取得了 较好的技术效果，大大提高了对苯二甲酸加氢制备1，4_环己烷二甲酸的效率。
【具体实施方式】
[0020] 【实施例1】催化剂的制备：首先按照Pd-Zr-Nb/C催化剂中Pd含量为5wt %、Zr 含量为0. 75wt%和Nb含量为1. 25wt%称取相应质量的H2PdCl4、ZrOCl2和NbCl 5并将其溶 于15wt %的盐酸中形成250ml浸渍液，将所得浸渍液与50克活性炭混合，浸渍12h，然后 在110°C下真空干燥3h得催化剂前驱体，最后用经5倍体积氮气稀释的氢气150ml/min下 160°C还原3h得到Pd-Zr-Nb/C催化剂成品，经ICP-AES分析，催化剂中的Pd含量为5wt %， Zr含量为0. 75wt%和Nb含量为1.25wt%，为便于比较，将所得催化剂组成列于表1中。
[0021] 催化剂评价：将150g对苯二甲酸加入高压釜，加入20g上述所得的Pd-Zr-Nb/C催 化剂，再加入600g水，开启搅拌，先通入氮气置换三次，在通入氢气置换三次，然后通入氢 气使氢气压力升至4MPa并保持稳定，维持反应温度272°C，并连续通入氢气反应3h。反应 结束后，对产物混合物进行对苯二甲酸、CHDA、4-甲基-苯甲酸、苯甲酸、环己烷甲酸、环己 烷，4-甲基环己烷、4-甲基-环己烷甲酸进行分析，并将4-甲基-苯甲酸、苯甲酸、环己烷 甲酸、环己烷归为脱羧产物，而4-甲基-苯甲酸和4-甲基环己烷甲酸归为过度加氢产物， 为便于比较，将分析结果列于表1中。
[0022] 【实施例2】
[0023] 催化剂的制备：首先按照Pd-Zr-Nb/C催化剂中Pd含量为lwt %、Zr含量为3wt % 和Nb含量为0. 5wt%称取相应质量的H2PdCl4、ZrOCl2和NbCl 5并将其溶于15wt%的盐酸 中形成250ml浸渍液，将所得浸渍液与50克活性炭混合，浸渍12h，然后在1KTC下真空干 燥3h得催化剂前驱体，最后用经5倍体积氮气稀释的氢气150ml/min下160°C还原3h得到 Pd-Zr-Nb/C催化剂成品，经ICP-AES分析，催化剂中的Pd含量为lwt %，Zr含量为3wt %和 Nb含量为0. 5wt%，为便于比较，将所得催化剂组成列于表1中。
[0024] 催化剂评价：将150g对苯二甲酸加入高压釜，加入20g上述所得的Pd-Zr-Nb/C催 化剂，再加入600g水，开启搅拌，先通入氮气置换三次，在通入氢气置换三次，然后通入氢 气使氢气压力升至4MPa并保持稳定，维持反应温度272°C，并连续通入氢气反应3h。反应 结束后，对产物混合物进行对苯二甲酸、CHDA、4-甲基-苯甲酸、苯甲酸、环己烷甲酸、环己 烷，4-甲基环己烷、4-甲基-环己烷甲酸进行分析，并将4-甲基-苯甲酸、苯甲酸、环己烷 甲酸、环己烷归为脱羧产物，而4-甲基-苯甲酸和4-甲基环己烷甲酸归为过度加氢产物， 为便于比较，将分析结果列于表1中。
[0025] 【实施例3】
[0026] 催化剂的制备：首先按照Pd-Zr-Nb/C催化剂中Pd含量为3wt %、Zr含量为lwt % 和Nb含量为