高浓度双甘膦催化氧化合成草甘膦新工艺
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2.2 HPLC分析 双甘膦与氧气进行催化氧化反应,分别反应1 5 5 、
160 min ,得2份样品。 在高效液相色谱仪中测定2份样品 所得的色谱图分别见图2 、3 。
图4 PMIDA催化氧化的主反应和主要副反应
3 结论
本文开发的高质量浓度双甘膦催化氧化合成草甘膦新 工艺以双甘膦水溶液、氧气为原料,实验室自制高活性炭 为催化剂,能减少M e P M G 生成,表现出高催化选择性;并 且开发出H P L C 分析方法有效监控反应终点,避免A M P A 生 成,草甘膦收率可达9 5 % 。 新工艺操作性强、能耗低、对 环境友好,如实现产业化,将创造显著经济效益。
Abstract: A new catalytic oxidation process for preparation of glyphosate was studied. Glyphosate was synthesized by reaction of high quality concentration N-phosphonomethyliminodiacetic acid, oxygen and active carbon using as a catalyst. The reaction endpoint was detected by HPLC. The yield and selectivity of glyphosate were 94.5% and 96.1%, respectively. Key words: high quality concentration; N-phosphonomethyliminodiacetic acid; catalytic oxidation; glyphosate; new process
1.3 催化剂孔结构及表面积分析 采用A S A P 2 0 1 0 型比表面积和孔结构测试仪( 美国
Micrometrics公司)测定了77 K下所制备碳的氮气吸附等温 线,活性炭的比表面积根据Brunauer-Emmett-Teller(BET)方程 进行计算。 孔径分布根据Barrett,Joyner and Halenda(BJH) 模型计算。
药, 2005, 44(9): 385-387. [4] 雷崧僧, 陈学军. 我国草甘膦生产工艺及其技术进步[J]. 农药,
1999, 38(4): 6-9. [5] FRANZ J E. Process for Producing N-Phosphonomethylglycine: US,
3954848[P]. 1976-05-04. [6] EBNER J R, LEIBER MA, WAN K T, et al. Deeply Reduced
图2 PMIDA氧化155 min的HPLC图
图3 PMIDA氧化160 min的HPLC图 根据图2 、3 数据可以看出:双甘膦、甲基草甘膦、草 甘膦、氨甲基膦酸分别在3.4、4 . 8、5.4、1 1 . 7 m i n左右出 峰,同时计算出高质量浓度双甘膦催化氧化合成草甘膦反
参考文献:
来自百度文库
草甘膦中主要的杂质有双甘膦、C O 2 、甲醛、甲酸和 甲基草甘膦。 催化氧化主反应及副反应见图4。 如果反应
时 间 延 长 ,体 系 内 还 要 产 生 其 他 的 副 产 物 ,可 能 是
M A M P A 、N - f o r m y l - P M G 等。
图1 碳催化剂的N2吸附等温线
由图1可知:制备的碳催化剂的N2等温线属于典型的I型 吸附等温线,当P/P0较低时,吸附量急剧增加,P/P0≤0.1时 吸附量已达到饱和吸附量的9 0 % 以上,此后的吸附量趋于 恒定,表明吸附过程主要为微孔填充,样品中主要含微孔 而且分布集中。
P M I D A P M G M e P M G A M P A 其他副产物 P M G 序号 转化率/% 选择性/% 选择性/% 选择性/% 选择性/% 收率/%
1
97.97 96.05 4.10
0
0
94.50
2
100
90.19 2.74
3.79
3.28 90.19
2.1 N2分析 合成的碳催化剂平均孔径约1.7 nm,BET比表面积为
收稿日期:2 0 0 8 - 0 1 - 2 9 ,修返日期:2 0 0 8 - 0 3 - 2 9 作者简介:周曙光(1970—),男,教授级高工,从事农药化工产品开发研究。 Tel :0571-64796366, E-mail :zsg8489@163.com。
第9期
周曙光,等: 高浓度双甘膦催化氧化合成草甘膦新工艺
责 任 编 辑 :赵 平
645
1.4 高效液相色谱分析
应的实验结果,见表1 。
用高效液相色谱仪对草甘膦合成液进行定量分析, HPLC包括:Hamilton PRPX-400(25 cm)色谱柱、Summit- P 6 8 0 泵、U V D 3 4 0 U 检测器、R I - 1 0 1 检测器。
2 结果与讨论
表1 PMIDA催化氧化反应合成草甘膦的实验结果
1 970 m2/g,N2吸附结果见图1。
由表1 可知:双甘膦水溶液和氧与选定的碳催化剂 “C ”接触产生草甘膦的催化氧化反应,当双甘膦的转化 率小于1 0 0 % 时,产物草甘膦催化氧化成氨甲基膦酸的副 反应没有发生;当双甘膦的转化率达到1 0 0 % 时,反应体
系内出现副产物氨甲基膦酸,说明该反应是连串反应。
(1.Department of Chemical Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China; 2.Institute of Fine Chemical Industrical, Zhejiang Xin'an Chemical Industrial Group Co., Ltd., Jiande 3l1600, Zhejiang, China)
草甘膦(PMG)为内吸式传导型广谱灭生性除草剂,具有 高效、广谱、低毒以及无残留等特点[1]。 近年来,由于全球 转基因作物的扩大种植,全球农业特别是发展中国家农业 的复苏和现代化发展以及可再生能源的生产,草甘膦市场 需求迅速增长,销售量以每年接近1 5 % 的速度递增,已 连续多年占据世界农药销售额的首位,占整个除草剂市 场的30%[2]。 国内的亚氨基二乙酸(IDA)法草甘膦合成工艺 于2 0 世纪9 0 年代后期被开发,并实现工业化生产。 I D A 工 艺发展初期,由于最后的氧化工艺技术不成熟,起先我国 I D A 工艺的草甘膦厂家大部分依靠出口中间体双甘膦 (PMIDA)为主。 之后,过氧化氢氧化法成为国内普遍采用 的生产工艺[3-5]。 国外目前大多采用空气/氧气氧化法的连续 化工艺,美国孟山都公司[6-7]和陶氏益农公司[8]分别采用贵金 属和活性炭为催化剂催化氧化双甘膦,由于采用特殊的催 化剂,收率较高,一般可达94% ̄95% 。 但是上述方法都存 在一定的局限性,过氧化氢氧化法收率不高、三废较多; 贵金属催化氧化法催化剂制备成本高、存在贵金属的沥 滤;活性炭连续催化氧化法能耗高、增加生产成本。 为此 开发出一种能耗低、环境友好、经济效益显著的双甘膦催 化氧化新工艺势在必行。 实验研究以高质量浓度双甘膦、 氧气为原料,采用自制高活性炭为催化剂合成草甘膦,草 甘膦收率可达到9 4 . 5 % ,具有操作简单、催化剂易回收利 用、节约能耗、保护环境及生产成本低等优点。
摘要:研究了一种新的催化氧化合成草甘膦工艺。 以高质量浓度的双甘膦、氧气为原料,活性炭为催化剂, 55 ℃反应,利用高效液相色谱法有效监控反应终点,最后得到草甘膦合成液。 草甘膦的收率94.5%,选择性 达96.1%。 关 键 词 :高 质 量 浓 度 ;双 甘 膦 ;催 化 氧 化 ;草 甘 膦 ;新 工 艺 中图分类号:TQ460.3 文献标志码:A 文章编号:1006-0413(2008)09-0644-02
Process for Preparation of Glyphosate from High Concentration
N-Phosphonomethyliminodiacetic Acid
ZHOU Shu-guang1,2, WU Jian-nian2, YANG Xu2, CHEN Jing2, SHAO Zhen-wei2, WANG Shuo2, YU Jian-guo1
第 47 卷第 9 期 2008 年 9 月
科研与开发-
农 药 AGROCHEMICALS
Vol. 47, No. 9 Sep. 2008
高浓度双甘膦催化氧化合成草甘膦新工艺
周曙光1 , 2,吴建年2 ,杨 旭2 ,陈 静2 ,邵振威2 ,王 硕2 ,于建国1
(1.华东理工大学 化学工程系,上海 200237 ; 2.浙江新安化工集团股份有限公司 精细化工研究所,浙江 建德 311600)
[1] 卢信, 赵炳梓, 张佳宝, 等. 除草剂草甘膦的性质及环境行为 综述[J]. 土壤通报, 2005, 36(5): 785-790.
[2] 苏少泉. 草甘膦述评[J]. 农药, 2005, 44(4): 145-149. [3] 王冲, 陈志荣, 尹红. 催化氧化法合成草甘膦研究进展[J]. 农
1 实验部分
1.1 仪器与试剂 仪器:高效液相色谱,美国D i o n e x 公司;A S A P 2 0 1 0 型
比表面积和孔结构测试仪,美国Micrometrics公司;GCF高 压反应釜,大连自控设备厂;Milli-Q Advantage A10超纯 水发生器,Millipore SAS公司。 试剂:双甘膦(C.P.),镇 江江南化工有限公司;氧气为市售钢瓶气;碳催化剂为本 实 验 室 合 成 ;去 离 子 水 ,超 纯 水 发 生 器 制 备 。
1.2 草甘膦的合成 反应在0.5 L的不锈钢高压釜中进行,釜内装有旋转式搅
拌器,附有加热套,设有进气口和出气口。 将4 0 % 的双甘 膦水溶液和22.5 g碳催化剂加入高压反应釜中,搅拌升温, 当达到55 ℃时开始均速通入氧气进行反应,同时维持系统 压力在0.5 MPa。 反应结束后,冷却、出料。 然后将反应液 稀释、过滤出活性炭后,用高效液相色谱分析。
Oxidation Catalyst and Its Use in Preparing N-Phos- phonomethylglycine Compounds: US, 7067693[P]. 2006-06-27. [7] LEIBER M A. Use of a Supplemental Promoter in Conjunction with a Carbon-supported, Noble-metal-containing Catalyst in Liquid Phase Oxidation Reactions: US, 7193107[P]. 2007-03-20. [8] DANIEL A H, JAMES W R. Continuous Process for Preparing N-Phosphonomethylglycine: US, 6921834[P]. 2005-07-26.
160 min ,得2份样品。 在高效液相色谱仪中测定2份样品 所得的色谱图分别见图2 、3 。
图4 PMIDA催化氧化的主反应和主要副反应
3 结论
本文开发的高质量浓度双甘膦催化氧化合成草甘膦新 工艺以双甘膦水溶液、氧气为原料,实验室自制高活性炭 为催化剂,能减少M e P M G 生成,表现出高催化选择性;并 且开发出H P L C 分析方法有效监控反应终点,避免A M P A 生 成,草甘膦收率可达9 5 % 。 新工艺操作性强、能耗低、对 环境友好,如实现产业化,将创造显著经济效益。
Abstract: A new catalytic oxidation process for preparation of glyphosate was studied. Glyphosate was synthesized by reaction of high quality concentration N-phosphonomethyliminodiacetic acid, oxygen and active carbon using as a catalyst. The reaction endpoint was detected by HPLC. The yield and selectivity of glyphosate were 94.5% and 96.1%, respectively. Key words: high quality concentration; N-phosphonomethyliminodiacetic acid; catalytic oxidation; glyphosate; new process
1.3 催化剂孔结构及表面积分析 采用A S A P 2 0 1 0 型比表面积和孔结构测试仪( 美国
Micrometrics公司)测定了77 K下所制备碳的氮气吸附等温 线,活性炭的比表面积根据Brunauer-Emmett-Teller(BET)方程 进行计算。 孔径分布根据Barrett,Joyner and Halenda(BJH) 模型计算。
药, 2005, 44(9): 385-387. [4] 雷崧僧, 陈学军. 我国草甘膦生产工艺及其技术进步[J]. 农药,
1999, 38(4): 6-9. [5] FRANZ J E. Process for Producing N-Phosphonomethylglycine: US,
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图2 PMIDA氧化155 min的HPLC图
图3 PMIDA氧化160 min的HPLC图 根据图2 、3 数据可以看出:双甘膦、甲基草甘膦、草 甘膦、氨甲基膦酸分别在3.4、4 . 8、5.4、1 1 . 7 m i n左右出 峰,同时计算出高质量浓度双甘膦催化氧化合成草甘膦反
参考文献:
来自百度文库
草甘膦中主要的杂质有双甘膦、C O 2 、甲醛、甲酸和 甲基草甘膦。 催化氧化主反应及副反应见图4。 如果反应
时 间 延 长 ,体 系 内 还 要 产 生 其 他 的 副 产 物 ,可 能 是
M A M P A 、N - f o r m y l - P M G 等。
图1 碳催化剂的N2吸附等温线
由图1可知:制备的碳催化剂的N2等温线属于典型的I型 吸附等温线,当P/P0较低时,吸附量急剧增加,P/P0≤0.1时 吸附量已达到饱和吸附量的9 0 % 以上,此后的吸附量趋于 恒定,表明吸附过程主要为微孔填充,样品中主要含微孔 而且分布集中。
P M I D A P M G M e P M G A M P A 其他副产物 P M G 序号 转化率/% 选择性/% 选择性/% 选择性/% 选择性/% 收率/%
1
97.97 96.05 4.10
0
0
94.50
2
100
90.19 2.74
3.79
3.28 90.19
2.1 N2分析 合成的碳催化剂平均孔径约1.7 nm,BET比表面积为
收稿日期:2 0 0 8 - 0 1 - 2 9 ,修返日期:2 0 0 8 - 0 3 - 2 9 作者简介:周曙光(1970—),男,教授级高工,从事农药化工产品开发研究。 Tel :0571-64796366, E-mail :zsg8489@163.com。
第9期
周曙光,等: 高浓度双甘膦催化氧化合成草甘膦新工艺
责 任 编 辑 :赵 平
645
1.4 高效液相色谱分析
应的实验结果,见表1 。
用高效液相色谱仪对草甘膦合成液进行定量分析, HPLC包括:Hamilton PRPX-400(25 cm)色谱柱、Summit- P 6 8 0 泵、U V D 3 4 0 U 检测器、R I - 1 0 1 检测器。
2 结果与讨论
表1 PMIDA催化氧化反应合成草甘膦的实验结果
1 970 m2/g,N2吸附结果见图1。
由表1 可知:双甘膦水溶液和氧与选定的碳催化剂 “C ”接触产生草甘膦的催化氧化反应,当双甘膦的转化 率小于1 0 0 % 时,产物草甘膦催化氧化成氨甲基膦酸的副 反应没有发生;当双甘膦的转化率达到1 0 0 % 时,反应体
系内出现副产物氨甲基膦酸,说明该反应是连串反应。
(1.Department of Chemical Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China; 2.Institute of Fine Chemical Industrical, Zhejiang Xin'an Chemical Industrial Group Co., Ltd., Jiande 3l1600, Zhejiang, China)
草甘膦(PMG)为内吸式传导型广谱灭生性除草剂,具有 高效、广谱、低毒以及无残留等特点[1]。 近年来,由于全球 转基因作物的扩大种植,全球农业特别是发展中国家农业 的复苏和现代化发展以及可再生能源的生产,草甘膦市场 需求迅速增长,销售量以每年接近1 5 % 的速度递增,已 连续多年占据世界农药销售额的首位,占整个除草剂市 场的30%[2]。 国内的亚氨基二乙酸(IDA)法草甘膦合成工艺 于2 0 世纪9 0 年代后期被开发,并实现工业化生产。 I D A 工 艺发展初期,由于最后的氧化工艺技术不成熟,起先我国 I D A 工艺的草甘膦厂家大部分依靠出口中间体双甘膦 (PMIDA)为主。 之后,过氧化氢氧化法成为国内普遍采用 的生产工艺[3-5]。 国外目前大多采用空气/氧气氧化法的连续 化工艺,美国孟山都公司[6-7]和陶氏益农公司[8]分别采用贵金 属和活性炭为催化剂催化氧化双甘膦,由于采用特殊的催 化剂,收率较高,一般可达94% ̄95% 。 但是上述方法都存 在一定的局限性,过氧化氢氧化法收率不高、三废较多; 贵金属催化氧化法催化剂制备成本高、存在贵金属的沥 滤;活性炭连续催化氧化法能耗高、增加生产成本。 为此 开发出一种能耗低、环境友好、经济效益显著的双甘膦催 化氧化新工艺势在必行。 实验研究以高质量浓度双甘膦、 氧气为原料,采用自制高活性炭为催化剂合成草甘膦,草 甘膦收率可达到9 4 . 5 % ,具有操作简单、催化剂易回收利 用、节约能耗、保护环境及生产成本低等优点。
摘要:研究了一种新的催化氧化合成草甘膦工艺。 以高质量浓度的双甘膦、氧气为原料,活性炭为催化剂, 55 ℃反应,利用高效液相色谱法有效监控反应终点,最后得到草甘膦合成液。 草甘膦的收率94.5%,选择性 达96.1%。 关 键 词 :高 质 量 浓 度 ;双 甘 膦 ;催 化 氧 化 ;草 甘 膦 ;新 工 艺 中图分类号:TQ460.3 文献标志码:A 文章编号:1006-0413(2008)09-0644-02
Process for Preparation of Glyphosate from High Concentration
N-Phosphonomethyliminodiacetic Acid
ZHOU Shu-guang1,2, WU Jian-nian2, YANG Xu2, CHEN Jing2, SHAO Zhen-wei2, WANG Shuo2, YU Jian-guo1
第 47 卷第 9 期 2008 年 9 月
科研与开发-
农 药 AGROCHEMICALS
Vol. 47, No. 9 Sep. 2008
高浓度双甘膦催化氧化合成草甘膦新工艺
周曙光1 , 2,吴建年2 ,杨 旭2 ,陈 静2 ,邵振威2 ,王 硕2 ,于建国1
(1.华东理工大学 化学工程系,上海 200237 ; 2.浙江新安化工集团股份有限公司 精细化工研究所,浙江 建德 311600)
[1] 卢信, 赵炳梓, 张佳宝, 等. 除草剂草甘膦的性质及环境行为 综述[J]. 土壤通报, 2005, 36(5): 785-790.
[2] 苏少泉. 草甘膦述评[J]. 农药, 2005, 44(4): 145-149. [3] 王冲, 陈志荣, 尹红. 催化氧化法合成草甘膦研究进展[J]. 农
1 实验部分
1.1 仪器与试剂 仪器:高效液相色谱,美国D i o n e x 公司;A S A P 2 0 1 0 型
比表面积和孔结构测试仪,美国Micrometrics公司;GCF高 压反应釜,大连自控设备厂;Milli-Q Advantage A10超纯 水发生器,Millipore SAS公司。 试剂:双甘膦(C.P.),镇 江江南化工有限公司;氧气为市售钢瓶气;碳催化剂为本 实 验 室 合 成 ;去 离 子 水 ,超 纯 水 发 生 器 制 备 。
1.2 草甘膦的合成 反应在0.5 L的不锈钢高压釜中进行,釜内装有旋转式搅
拌器,附有加热套,设有进气口和出气口。 将4 0 % 的双甘 膦水溶液和22.5 g碳催化剂加入高压反应釜中,搅拌升温, 当达到55 ℃时开始均速通入氧气进行反应,同时维持系统 压力在0.5 MPa。 反应结束后,冷却、出料。 然后将反应液 稀释、过滤出活性炭后,用高效液相色谱分析。
Oxidation Catalyst and Its Use in Preparing N-Phos- phonomethylglycine Compounds: US, 7067693[P]. 2006-06-27. [7] LEIBER M A. Use of a Supplemental Promoter in Conjunction with a Carbon-supported, Noble-metal-containing Catalyst in Liquid Phase Oxidation Reactions: US, 7193107[P]. 2007-03-20. [8] DANIEL A H, JAMES W R. Continuous Process for Preparing N-Phosphonomethylglycine: US, 6921834[P]. 2005-07-26.