第十三章 催化剂及各种助剂

催化剂及各种助剂
邻苯二甲酸二辛酯为无色无臭液体。密度0.9861 g/cm3 （20℃），熔点－55℃，沸点390℃。不溶于水，溶于乙醇、 乙醚、矿物油等有机溶剂。
邻苯二甲酸二辛酯是使用最广泛的增塑剂，与大多数合 成树脂和橡胶有良好的相溶性。广泛应用于聚氯乙烯各种软 制品的加工，如薄膜、薄板、人造革、电缆料和模塑品等。 本品还可以用于硝基纤维素漆，使漆膜具有弹性和较高的抗 张强度。
⒁ 油品用添加剂 包括防水、增黏、耐高温等种类，汽 油抗震、液力传动、变压器油、刹车油添加剂等。
⒂ 电子工业专用化学品 包括显像管用碳酸钾、氟化剂、 助焊剂、石墨乳等。
⒃ 纸张用添加剂 包括增白剂、补强剂、防水剂、填充 剂等。
⒄ 其它助剂 如玻璃防霉（发花）剂、乳胶凝固剂等。
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三、催化剂及助剂的应用 1．催化剂的应用 催化剂的应用主要体现在工业催化、化学加工、化学制 药以及环境保护等方面。 催化剂在工业催化方面主要应用于石油炼制、催化裂化、 催化重整、加氢裂化、加氢重整以及烷基化等工业过程。在 化学加工方面主要应用于聚合、烷基化、加氢、脱氢、氧化 以及合成气体等化学反应过程。在环境保护方面主要应用于 汽车尾气的处理和工业废气的净化。 随着科技的发展，催化剂在工业上的应用也日益广泛， 而且逐渐渗透到其它科技领域，如生命科学领域。将来，催 化剂在工业生产中必然扮演更重要的角色。
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常用的催化剂有二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化镁、 五氧化二钒等氧化物催化剂，沸石、分子筛等硅铝酸盐催化 剂，铂、银、铜、锌、钛、钒、铬、钼、铁、镍、铑、钯等 金属催化剂，镍、钯、钴、铑、钌的配位化合物催化剂，冠 醚和高分子化合物等有机催化剂，以及固定酶、环糊精等。
除了以上催化剂外，还有一些物质若单独使用对于某种 反应并没有催化作用，但却能使催化剂的活性显著增强，这 种物质叫做助催化剂。
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三、实验原理 苯酐和2-乙基己醇在硫酸催化下发生酯化反应生成邻苯 二甲酸二辛酯。其主反应为：
副反应为：
（R为2-乙基己烷基）
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ห้องสมุดไป่ตู้酯化后反应混合物用碳酸钠溶液中和，发生如下反应： RHSO4 + Na2CO3RNaSO4 + NaHCO3
RNaSO4 + Na2CO3 +H2OROH + Na2SO4 + NaHCO3 中和后再经过洗涤、干燥、过滤及减压蒸馏，即得成品。 四、主要仪器与药品 1．主要仪器 电热套、机械真空泵、蒸馏装置、铁架台等。 2．主要药品 2-乙基己醇，AR；苯酐，AR；碳酸钠饱和溶液，AR； 浓硫酸，AR。
精细化工试验技术
第十三章 催化剂及各种助剂
一、催化剂及其分类 二、助剂及其分类 三、催化剂及助剂的应用 四、催化剂及助剂的发展概况 实验二十三 活性氧化铝的制备 实验二十四 增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的制备 实验二十五 聚丙烯酰胺絮凝剂的制备
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一、催化剂及其分类 催化剂(catalyst)是指在化学反应中能改变化学反应速度 而本身的组成和质量在反应后保持不变的物质。加快反应速 度的催化剂称为正催化剂，减慢反应速度的催化剂称为负催 化剂。在工业生产中，催化剂也叫做触媒。 催化剂一般可以从以下几个方面来分类。 ⑴ 从活性成分属性分类 催化剂分为金属催化剂、氧化 物催化剂、配位化合物催化剂、有机催化剂和无机催化剂等。 ⑵ 从催化反应状态分类 催化剂分为均相催化剂和多相 催化剂。 ⑶ 从应用领域分类 催化剂分为炼油用催化剂、石油化 工用催化剂、化学工业用催化剂、环保用催化剂以及其它用 途的催化剂。
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三、实验原理
活性氧化铝一般由氢氧化铝加热脱水制得。氢氧化铝也 称水合氧化铝，其化学组成为 Al2O3·nH2O，通常按所含结晶 水数目不同，可分为三水氧化铝和一水氧化铝。氢氧化铝加 热脱水后，可以得到γ- Al2O3，即通常所讲的活性氧化铝。
本实验采用AlCl3和NH4OH为原料，发生沉淀反应生成 以γ-AlOOH为主的氧化铝水合物，再经过滤、干燥、焙烧， 得活性氧化铝，其化学反应方程式为：
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2．助剂的应用 助剂的品种很多，应用广泛，已经形成了新的化工门类。 助剂一般用量不大，但能明显改变产品的性能，是一些制品 不可缺少的组分。例如，石油产品添加剂在汽油、煤油、柴 油以及润滑油中有广泛的用途，在改善燃烧性能和润滑性能， 保护机器设备，在防锈、抗氧化以及抗静电方面都有不可缺 少的作用。食品添加剂是发展较快的精细化工行业，在提高 食品营养，防止腐败变质，改善食品观感，增加风味，便于 加工等方面都有重要作用。塑料助剂如增塑剂、热稳定剂以 及脱模剂等便于加工，而抗氧化剂、光稳定剂、阻燃剂以及 防霉剂可以改善产品性能。 四、催化剂及助剂的发展概况
AlCl3 ＋ 3NH4OH AlOOH ↓＋3NH4Cl ＋ H2O 2AlOOHAl2O3 ＋ H2O
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四、主要仪器与药品 1．主要仪器 马弗炉、电热恒温干燥箱、水浴锅、电动搅拌器、布氏 漏斗、水泵。 2．主要药品 三氯化铝，AR；氨水，AR；碳酸氢铵，AR。
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五、实验内容与操作步骤 1．γ-AlOOH的制备 将四口烧瓶固定在水浴锅中，并安装好电动搅拌器。用两个 分液漏斗作为加料器，分别固定在铁架台上。在烧瓶的两个边口 上，塞上带有玻璃短管的橡皮塞，再用乳胶管将两个分液漏斗的 出口分别与烧瓶的这两个边口相连。在烧瓶的另一边口插上温度 计。称取6.5克AlCl3放至烧杯中，用150mL蒸馏水溶解，倒入其中 一个分液漏斗中。配制5.2%的NH4OH溶液150mL，倒入另一个分 液漏斗中。称取0.5克碳酸氢铵并用100mL蒸馏水溶解，倒入烧瓶 中，作为稳定pH值的缓冲溶液。接通电源加热到85℃，开动搅拌 器，缓慢滴加氨水及AlCl3溶液，两者滴加速度均控制约3mL/min， 约50分钟滴加完毕。在滴加过程中，每隔5分钟用精密试纸测量溶 液的pH值，使溶液的pH 值保持在8.5～9.2的范围内。在此过程中， 观察到有沉淀生成。加料结束后，继续在85℃保温搅拌10min。
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2．反应混合物的分离 将反应混合物倒入装有30mL蒸馏水的200mL的烧杯中， 用饱和碳酸钠溶液调节pH值为7～8。将溶液转移至分液漏斗 中，静置分层，放出下层水层。再用热蒸馏水洗涤上层溶液 两次,并放出下层水层，得到邻苯二酸二辛酯粗品。称量得 邻苯二甲酸二辛酯粗品质量。 3．邻苯二甲酸二辛酯的精制 将邻苯二甲酸二辛酯粗品（油层）转移至蒸馏烧瓶中， 加几粒沸石，用真空泵减压蒸馏。注意观察蒸馏烧瓶温度的 变化，在第一个温度段内，蒸馏出的物质是未反应的2-乙基 己醇；到第二个温度段，改用另一个洁净的容器作为接受器， 收集240～250℃/20 mmHg的馏分，即邻苯二甲酸二辛酯。称 量。当蒸馏烧瓶内的液体即将蒸馏完毕时，及时停止加热， 以免蒸馏烧瓶过热，发生危险。
而整个过程的收率等于化学反应收率与邻苯二甲酸二辛 酯精馏收率的乘积。
七、安全与环保 浓硫酸有强酸性、强腐蚀性，使用时应注意安全。苯具 有毒性，含苯的废液应回收统一处理。
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六、实验记录与数据处理 化学反应的收率等于实际产量与理论产量的比值，即
化学反应的收率=
实际产量 理论产量
×100%
化学反应的实际产量为邻苯二甲酸二辛酯的粗品质量。
理论产量可按下式计算：
理论产量= M 1wm 克
M2
式 中 ： M1—— 邻 苯 二 甲 酸 二 辛 酯 的 摩 尔 质 量 ， g/mol， 可 取
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实验二十三 活性氧化铝的制备
一、实验目标 1．了解活性氧化铝的性质及用途。 2．理解活性氧化铝的制备原理以及掌握其制备方法。 二、产品特性与用途 氧化铝，俗称矾土。化学式Al2O3。白色粉末，密度 3.9～4.0g/cm3，熔点2050℃，沸点2980℃。不溶于水，能缓 慢溶于浓硫酸。可用于炼制金属铝，也是制坩埚、瓷器、耐 火材料和人造宝石的原料。用作吸附剂、催化剂及催化剂载 体的氧化铝称为“活性氧化铝”，具有多孔性、高分散度和 大的比表面积等特性，广泛用于石油化工、精细化工、生物 以及制药等领域。
工业催化剂中，活性成分与助催化剂的含量并不高，主 要成分为载体，载体起到支承、分散催化剂的作用，有利于 催化剂活性的充分发挥。
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二、助剂及其分类 助剂(auxiliary )泛指工业生产中用于生产过程或使用过 程中的辅助化学品。使用助剂，可以改进成品品质、节约原 材料或提高加工效率。分类如下： ⑴ 印染助剂 包括柔软剂、匀染剂、分散剂、抗静电剂、 纤维用阻燃剂等。 ⑵ 橡胶助剂 包括促进剂、防老剂、塑解剂、再生胶活 化剂等。 ⑶ 塑料助剂 包括增塑剂、稳定剂、发泡剂、塑料用阻 燃剂等。 ⑷ 水处理剂 包括水质稳定剂、缓蚀剂、软水剂、杀菌 灭藻剂、絮凝剂等。
0.995；
M2——三氯化铝的摩尔质量，g/mol，可取133.5；
m——原料三氯化铝的质量，g。 七、安全与环保 在马弗炉中的焙烧过程属高温操作，应注意安全。
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实验二十四 增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的制备
一、实验目标 1．了解邻苯二甲酸二辛酯的主要性质和用途。 2．理解邻苯二甲酸二辛酯的合成原理及掌握其合成方 法。 二、产品特性与用途 邻苯二甲酸二辛酯，实为邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯。 化学式C24H38O4，分子量390.56，结构式为
390.5；
w——苯酐的有效含量，分析纯可取0.990～0.995；
M2——苯酐的摩尔质量，g/mol，可取148.0；
m——原料苯酐的质量，g。
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邻苯二甲酸二辛酯精馏的收率等于邻苯二甲酸二辛酯精 品量除以邻苯二甲酸二辛酯粗品量，即
精馏收率= 邻苯二甲酸二辛酯精品量 ×100%
邻苯二甲酸二辛酯粗品量
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六、实验记录与数据处理 活性氧化铝的收率可按下式计算：
收率= 实际产量 ×100%
理论产量
理论产量可按下式计算：
理论产量= M 1wm 克
式中：M1——氧化铝的摩尔质量，2Mg/2mol，可取102.0； w—— 三 氯 化 铝 的 有 效 含 量 ， 分 析 纯 可 取 0 . 9 9 0 ～
⑼ 皮革助剂 包括合成鞣剂、涂饰剂、加脂剂、光亮剂 等。
⑽ 农药用助剂 包括乳化剂、增效剂等。 ⑾ 油田用化学品 包括油品用破乳剂、钻井用防塌剂、 泥浆用助剂、防蜡降黏剂等。
催化剂及各种助剂
⑿ 混凝土用添加剂 包括减水剂、防水剂、脱模剂、泡 沫剂、嵌缝油膏等。
⒀ 机械、冶金用助剂 包括防锈剂、清洗剂、电镀用助 剂、焊接用助剂、机动车用防冻剂等。
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2．γ- Al2O3的制备 从水浴锅中取出烧瓶，将悬浮液用布氏漏斗趁热过滤。 将滤饼转移至烧杯中，加入80℃蒸馏水200mL，不断用玻璃 棒慢速搅拌，在80℃下老化1小时。老化结束后，用布氏漏 斗抽滤，并用80℃蒸馏水洗涤滤饼几次。将滤饼放入干燥箱 内，在105℃下干燥5小时，干燥出非结合水分。取出干燥后 的滤饼，用研钵粉碎成能通过100目筛的粉末，放入马弗炉 中，在500～550℃焙烧4小时，氧化铝水合物即转化成γAl2O3。取出，冷却，称重。
催化剂及各种助剂
⑸ 纺织助剂 包括涤纶长丝用、短丝用、锦纶用、腈纶 用、丙纶用、维纶用、玻璃丝用油剂等。
⑹ 有机溶剂 包括吡咯烷酮系列、脂肪烃系列、乙腈系 列、糠醛系列等。
⑺ 高聚物合成添加剂 包括引发剂、阻聚剂、终止剂、 调节剂、活化剂等。
⑻ 表面活性剂 包括阳离子、阴离子、两性离子和非离 子等类型的表面活性剂。
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五、实验内容与操作步骤
1．邻苯二甲酸二辛酯合成
将25克苯酐及50克2-乙基己醇加入 到250mL干燥的三口烧瓶中，并加入 0.5mL浓硫酸作为催化剂，再加入几粒 沸石，如图13-1所示。接通冷凝水，加 热使反应混合物沸腾并回流，酯化反 应3小时。反应过程中，分离出分水管 下层的水分。反应结束后，打开分水 管下端出口，继续蒸馏，从分水管下 端出口分离出苯（回收）。温度升高 到110℃时（这时已蒸馏出苯和水分）， 停止加热。