基本信息
- 项目名称：
- 对硝基苯甲醛新型绿色制备方法
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 对硝基苯甲醛是精细化学品的合成中间体。本发明研究的催化氧化新技术，以氧气为氧化剂，采用新型催化剂，对硝基苯甲醇高效、高选择性氧化为对硝基苯甲醛。在80 ℃、0.4MPa氧气压力条件下，反应10小时，产品收率在95%以上，纯度达99%以上。 本方法解决了对硝基苯甲醇氧化反应难控制易过度氧化、环境污染严重的难题，具有条件温和，不会对设备产生腐蚀，操作及后处理简便，经济环保的特点，具有明显的应用前景。
- 详细介绍：
- 对硝基苯甲醛是制取医药、染料、农药、感光材料和液晶材料等精细化学品的合成中间体，用途广泛。 对硝基苯甲醛的工业生产方法主要有：对硝基甲苯卤化水解法；对硝基苯甲醇化学氧化方法等。这些方法存在不足：产生的大量废水难以处理；设备腐蚀严重；产品对硝基苯甲醛的选择性不高。 本课题开发出的对硝基苯甲醛新型绿色制备方法，操作简便，反应条件温和，采用分子氧作为对硝基苯甲醇氧化的氧化剂，氧化反应能够计量的发生，对硝基苯甲醇的转化率为100%，对硝基苯甲醛的选择性为100%，反应副产物只有水，后处理简便，产品收率在95%以上。与现用技术相比，本技术成本低廉，反应条件温和，后处理简单，没有三废产生，既经济适用而且环境友好，具有明显的应用前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：开发一种对硝基苯甲醛的新型绿色制备方法，具有条件温和、操作简单、环境友好、经济实用的特点。 基本思路：国内外工业上对硝基苯甲醛主要采用计量化学氧化方法氧化对硝基苯甲醇来制备的，“三废”量大。而分子氧做氧化剂，氧化反应的副产物只有水，经济且环境友好。本发明通过对催化剂和条件优化的研究，开发出氧气做氧化剂的对硝基苯甲醛催化选择性氧化制备新技术。 创新点：开发的对硝基苯甲醛催化氧化制备新技术，以氧气为氧化剂，经济、环境友好，可以替代现用的化学氧化方法。 技术关键：开发出了用于活化分子氧来氧化对硝基苯甲醇的新型催化剂，而且具有高活性、高选择性地特点。 主要技术指标：在80 ℃、0.4MPa氧气压力条件下，反应10小时，对硝基苯甲醇的转化率为100%，对硝基苯甲醛的选择性为100%。
科学性、先进性
- 目前对硝基苯甲醛的工业生产方法主要有：对硝基甲苯卤化水解法；对硝基苯甲醇化学氧化方法等。这些方法存在几个缺点：一是在反应过程中产生的大量废水难以处理，会造成环境的严重污染；二是设备腐蚀严重；三是对硝基苯甲醇易过度氧化产生羧酸，产品对硝基苯甲醛的选择性不高。 本技术对催化剂的研究，通过活化分子氧，实现了氧气作为氧化剂的对硝基苯甲醇高效、高选择性氧化。与现用技术相比，本技术成本低廉，反应条件温和，后处理简单，没有三废产生，制备的产品对硝基苯甲醛纯度达99%以上，具有明显的应用前景。 本技术待投入生产完善数据后，拟申请国家专利。
获奖情况及鉴定结果
- 本成果属国家大学生创新性实验计划资助在研课题（编号081045905） 本作品获省“挑战杯”大学生课外科技学术作品竞赛二等奖
作品所处阶段
- 本作品已在新郑市江河生物科技有限公司进行中试，即将转入生产阶段。
技术转让方式
- 技术拟转让给新郑市江河生物科技有限公司。
作品可展示的形式
- 图片 文字
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本课题组开发出的对硝基苯甲醛新型绿色制备方法，操作简便，反应条件温和，采用分子氧作为对硝基苯甲醇氧化的氧化剂，氧化反应能够计量的发生，转化率可达100%，选择性在100%，反应副产物只有水，后处理简便，产品收率在95%以上，既经济适用而且环境友好。 该制备方法可依托对硝基苯甲醛现有的生产条件，不需要做大规模装备改造，即可完成生产工艺改进，推广前景广泛，可用于大多数对硝基苯甲醛生产工艺的改造。 按目前对硝基苯甲醛18.5万元/吨的市场价计算，，使用该技术生产一吨产品可获得4万元以上的利润。这样一家中等规模化工企业年产对硝基苯甲醛300吨，产值可达5500余万元，利税1200万元，具有良好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 目前国内外的对硝基苯甲醛的技术主要有： （1）对硝基甲苯氧化酯化、水解工艺[1]。该法是传统路线，其缺点主要三点：一是原料成本较高，且利用率太低；二是反应条件要求严格，反应难以控制[2]；三是在反应过程中产生的大量含铬废水难以处理，会造成环境的严重污染[3]。 （2）对硝基甲苯卤化水解法。该方法基本不产生污染性的废液和废渣，工艺过程中生成的溴化氢气体，经尾气吸收可生成氢溴酸，但由于使用溴素做卤化试剂，对反应釜腐蚀严重，且卤化的程度不易控制，副产物多。 （3）对硝基苯甲醇氧化法[4]。反应所使用的氧化剂有硝酸、高锰酸钾[5]、铬的衍生物、金属氧化物等，然而这些氧化剂价格均较昂贵，且往往伴生大量的废弃污染物。由于对硝基苯甲醇的氧化往往会产生羧酸，产物选择性不高。 通过对以上三种生产工艺的分析比较，我们不难看出，当前对硝基苯甲醛的制备方法存在氧化剂成本高、卤化易腐蚀反应釜、生产废水难以处理、环境污染严重等诸多问题。因此，开发绿色、高选择性、高效的对硝基苯甲醛生产工艺具有重要的科学意义和应用价值。 近年来研究发现，以对硝基苯甲醇为原料，催化分子氧氧化得到对硝基苯甲醛，具有良好的应用前景，相应催化剂研究报道很多，包括均相、多相、生物与仿酶等各个催化领域，但多处于基础研究阶段，至今未见工业化应用报道。 本技术采用新型催化剂和分子氧氧化剂，成功实现了对硝基苯甲醇定量氧化为对硝基苯甲醛，而且成本低廉，反应条件温和，后处理简单，具有明显的创新性和应用前景。 参考文献： [1] 徐克勋.精细有机化工原料及中间体手册[M].北京:化学工业出版社,1998, 3-373. [2] 张凯铭.氯化苄的选择性硝化及其在对硝基苯甲醛合成中的应用[J]. 南京理工大学硕士学位论文.2007. 8 [3] 上海环境保护局编.上海工业废水治理最佳实用技术[M].上海：上海科学普及出版社,1982:401-418,573-578. [4] 张铸勇.精细有机合成单元反应[IM].华东化工学院出版社.1990:307 [5] Hudlicky M.Oxidations in Organic Synthesis [M].Washington,DC: American Chemical Society,1990
