CN101898135A - 2-氰基-4-硝基苯胺催化加氢的非晶态催化剂及2,5-二氨基苯腈的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种2-氰基-4-硝基苯胺催化加氢的非晶态催化剂,并通过该催化剂催化加氢制备2,5-二氨基苯腈方法。它是由镍、硼和过渡金属M组成,其特征是:催化剂中各元素的摩尔百分比为:Ni20-70%、B 30-60%、过渡金属M0-10%。将2-氰基-4-硝基苯胺在上述催化剂作用下进行加氢还原反应,可以制得2,5-二氨基苯腈。采用本发明的催化剂进行加氢还原,可以使2-氰基-4-硝基苯胺中的氰基不被还原,2-氰基-4-硝基苯胺加氢反应转化率高、选择性好、工艺操作安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种2-氰基-4-硝基苯胺催化加氢的非晶态催化剂,并通过该催化剂催化加氢制备2,5-二氨基苯腈方法。
背景技术
2,5-二氨基苯腈是一种有机化工中间体,是合成染料、医药、高分子材料的重要原料,现在其作为现有高分子材料的改性产品引起了广泛重视。目前工业上还未见2,5-二氨基苯腈的制备方法的报道,而由2-氰基-4-硝基苯胺合成2,5-二氨基苯腈主要方法步骤是将苯环上的一个硝基还原为氨基。
将硝基还原为氨基在工业上已有多条成熟的工艺。主要有铁粉还原法、硫化碱还原法、水合肼还原法和催化加氢还原法。铁粉还原法以铁粉为还原剂,该法产品收率低,仅为75%左右,工人劳动强度大,并且存在大量三废,环境污染严重,属淘汰工艺。硫化碱还原法虽然成本低,但比铁粉还原法三废更多。水合肼还原法以低碳醇为溶剂,水合肼为还原剂(供氢体),该法生产的产品质量一般,收率也较差,且水合肼价格高,附加成本高,毒性大,因此工艺也得到了限制。催化加氢工艺简单,采用氢气为还原剂,三废较少,是目前先进国家推广的还原硝基化合物的主要方法,且杂质少,产品收率高。催化加氢工艺的关键是根据不同的原料和产品制备不同的催化剂。加氢还原的催化剂主要有贵金属铂、钯等,这种催化剂的活性高,但在应用于2-氰基-4-硝基苯胺加氢还原时工艺条件非常严格,如果工艺条件控制不好,会将氰基也同时加氢还原为氨基,因此选择性反而下降了。Raney镍催化剂是目前广泛采用的硝基化合物还原为氨基的催化剂。但由于Raney镍催化剂极易着火,操作稍有不慎即可能引起严重火灾。同时,Raney镍催化剂在2-氰基-4-硝基苯胺的还原中活性不高,加氢压力要求比较高,因此在工业中对设备材质要求高。因此发明一种活性高、选择性也高,不至于使2-氰基-4-硝基苯胺中的氰基被还原的催化剂一直是化工技术领域的技术人员亟待解决的技术问题。授权公告日为2009年12月30日\授权公告号为CN100576339C的发明专利中公开了一种非晶态镍合金催化剂的 制备及应用,它对提高反应效率、缩短反应时间、延长催化剂的使用寿民非常有益,但是应用到2-氰基-4-硝基苯胺催化加氢则选择性不高。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷,提供一种2-氰基-4-硝基苯胺催化加氢的非晶态催化剂,并通过该催化剂催化加氢制备2,5-二氨基苯腈方法。采用本发明的催化剂,2-氰基-4-硝基苯胺加氢反应转化率高、选择性好、工艺操作安全。
本发明的技术方案是这样实现的:它是由镍、硼和过渡金属M组成,其特征是:催化剂中各元素的摩尔百分比为:Ni20-70%、B 30-60%、过渡金属M 0-10%。
本发明较好的技术方案是:催化剂中各元素的摩尔百分比为:Ni 45%、B 50%、过渡金属M 5%。催化剂中金属镍是以Ni-B或Ni-B-M非晶态合金的形式存在。所述的过渡金属M为Fe、Co、Mo、Cr中一种或多种。硼的加入容易形成长程无序、短程有序的非晶态合金结构,有利于提高催化剂的加氢活性和选择性。
本发明更好的技术方案是:催化剂中金属镍是以Ni-B-Co-Cr非晶态合金的形式存在。
本发明催化剂的制备方法是:在温度为0-100℃内,将KBH4-NaOH混合水溶液滴加到含金属离子的水溶液中进行反应,反应50-60分钟,以保证金属离子完全还原,其中金属离子的水溶液中金属元素的摩尔百分比为:Ni20-70%、B30-60%、过渡金属M 0-10%;然后用去离子水洗至中性,再用乙醇洗涤,干燥。
本发明2,5-二氨基苯腈的制备方法是:将2-氰基-4-硝基苯胺在催化剂的作用下进行加氢还原反应,制得2,5-二氨基苯腈,其中所述的催化剂是由镍、硼和过渡金属M组成,催化剂中各元素的摩尔百分比为:Ni20-70%、B 30-60%、过渡金属M 0-10%。
本发明2,5-二氨基苯腈较好的制备方法是:所述的催化剂中金属镍是以Ni-B或Ni-B-M非晶态合金的形式存在。比较好的是所述的催化剂中各元素的摩尔百分比为:Ni 45%、B 50%、Co 2%、Cr3%。
其中加氢还原反应条件是:反应温度50-120℃,反应压力0.5-1.5MPa,反应时间2-8小时,催化剂与原料2-氰基-4-硝基苯胺的质量比为0.005-0.025∶1。
本发明催化剂中加入了硼元素,硼的加入容易形成长程无序、短程有序的 非晶态合金结构,有利于提高催化剂的加氢活性和选择性。采用本发明的催化剂进行加氢还原,可以使2-氰基-4-硝基苯胺中的氰基不被还原,2-氰基-4-硝基苯胺加氢反应转化率高、选择性好、工艺操作安全。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述:
实施例1.Ni-B-Co非晶态合金催化剂的制备及2-氰基-4-硝基苯胺加氢应用
将新鲜配制的PH值大于13,浓度为2.0M硼氢化钾水溶液滴加到2M醋酸镍和0.2M醋酸钴的混合溶液中,控制体系反应温度为25℃,反应30min,所得黑色沉淀离心分离,用蒸馏水洗至中性,再用无水乙醇洗涤,然后干燥,所制得非晶态合金催化剂中元素的摩尔比为Ni47.6%、B47.6%、Co4.8%。
在1L不锈钢高压釜中加入82g(0.5mol)2-氰基-4-硝基苯胺,300ml甲醇,0.5g上述Ni-B-Co非晶态合金催化剂,氢气置换三次,然后充氢气至1Mpa,搅拌下升温至80℃,当氢气压力下降至0.5Mpa时再充氢气至1Mpa,当氢气压力不变化时停止反应,反应时间为4小时,反应液冷却,过滤得到的催化剂保存套用,滤液经旋转蒸发仪蒸去溶剂甲醇得产品66.5g,测含量99.2%,收率99.1%。
实施例2.Ni-B-Cr非晶态合金催化剂的制备及2-氰基-4-硝基苯胺加氢应用
将新鲜配制的PH值大于13,浓度为2.0M硼氢化钾水溶液滴加到2.0M醋酸镍和0.15M硝酸铬的混合溶液中,控制体系反应温度为25℃,反应30min,所得黑色沉淀离心分离,用蒸馏水洗至中性,再用无水乙醇洗涤,所制得非晶态合金催化剂中元素的摩尔比为Ni48.2%、B48.2%、Cr3.6%.
在1L不锈钢高压釜中加入82g(0.5mol)2-氰基-4-硝基苯胺,300ml甲醇,0.5gNi-B-Cr非晶态合金催化剂,氢气置换三次,然后充氢气至1Mpa,搅拌下升温至80℃,当氢气压力下降至0.5Mpa时再充氢气至1Mpa,当氢气压力不变化时停止反应,反应时间为8小时,反应液冷却,过滤得到的催化剂保存套用,滤液经旋转蒸发仪蒸去溶剂甲醇得产品66.6g,测含量99.4%,收率99.3%。
实施例3.Ni-B非晶态合金催化剂的制备及2-氰基-4-硝基苯胺加氢应用
将新鲜配制的PH值大于13,浓度为2.0M硼氢化钾水溶液滴加到2.0M醋 酸镍溶液中,控制体系反应温度为25℃,反应30min,所得黑色沉淀离心分离,用蒸馏水洗至中性,再用无水乙醇洗涤,所制得非晶态合金催化剂中元素的摩尔比为Ni50%、B50%。
在1L不锈钢高压釜中加入82g(0.5mol)2-氰基-4-硝基苯胺,300ml甲醇,0.5gNi-B非晶态合金催化剂,氢气置换三次,然后充氢气至1Mpa,搅拌下升温至80℃,当氢气压力下降至0.5Mpa时再充氢气至1Mpa,当氢气压力不变化时停止反应,反应时间为2小时,反应液冷却,过滤得到的催化剂保存套用,滤液经旋转蒸发仪蒸去溶剂甲醇得产品66.2g,测含量99.0%,收率98.6%。
实施例4.Ni-B-Co-Cr非晶态合金催化剂的制备及2-氰基-4-硝基苯胺加氢应用
将新鲜配制的PH值大于13,浓度为2.0M硼氢化钾水溶液滴加到2.0M醋酸镍、0.1M硝酸钴和0.1M硝酸铬的混合溶液中,控制体系反应温度为25℃,反应30min,所得黑色沉淀离心分离,用蒸馏水洗至中性,再用无水乙醇洗涤,所制得非晶态合金催化剂中元素的摩尔比为Ni 45%、B 50%、Co 2%、Cr3%。
在1L不锈钢高压釜中加入82g(0.5mol)2-氰基-4-硝基苯胺,300ml甲醇,0.5gNi-B-Co-Cr非晶态合金催化剂,氢气置换三次,然后充氢气至1Mpa,搅拌下升温至80℃,当氢气压力下降至0.5Mpa时再充氢气至1Mpa,当氢气压力不变化时停止反应,反应时间为5小时,反应液冷却,过滤得到的催化剂保存套用,滤液经旋转蒸发仪蒸去溶剂甲醇得产品66.9g,测含量99.4%,收率99.4%。
比较例1.RaneyNi催化剂2-氰基-4-硝基苯胺加氢
在1L不锈钢高压釜中加入82g(0.5mol)2-氰基-4-硝基苯胺,300ml甲醇,0.5gRaneyNi催化剂,氢气置换三次,然后充氢气至1Mpa,搅拌下升温至80℃,当氢气压力下降至0.5Mpa时再充氢气至1Mpa,当氢气压力不变化时停止反应,反应时间为4小时,反应液冷却,过滤得到的催化剂保存套用,滤液经旋转蒸发仪蒸去溶剂甲醇得产品65.7g,测含量98.2%,收率97.1%。
Claims (10)
1.一种2-氰基-4-硝基苯胺催化加氢的非晶态催化剂,它是由镍、硼和过渡金属M组成,其特征是:催化剂中各元素的摩尔百分比为:Ni20-70%、B 30-60%、过渡金属M 0-10%。
2.根据权利要求1所述的一种2-氰基-4-硝基苯胺催化加氢的非晶态催化剂,其特征是:催化剂中各元素的摩尔百分比为:Ni 45%、B 50%、过渡金属M 5%。
3.根据权利要求1或2所述的一种2-氰基-4-硝基苯胺催化加氢的非晶态催化剂,其特征是:金属镍是以Ni-B或Ni-B-M非晶态合金的形式存在。
4.根据权利要求1或2所述的一种2-氰基-4-硝基苯胺催化加氢的非晶态催化剂,其特征是:所述的过渡金属M为Fe、Co、Mo、Cr中一种或多种。
5.根据权利要求3所述的一种2-氰基-4-硝基苯胺催化加氢的非晶态催化剂,其特征是:金属镍是以Ni-B-Co-Cr非晶态合金的形式存在。
6.一种2-氰基-4-硝基苯胺催化加氢的非晶态催化剂的制备方法,它是在温度为0-100℃内,将KBH4-NaOH混合水溶液滴加到含金属离子的水溶液中进行反应,其中金属离子的水溶液中金属元素的摩尔百分比为:Ni20-70%、B 30-60%、过渡金属M 0-10%;然后用去离子水洗至中性,再用乙醇洗涤,干燥。
7.一种2,5-二氨基苯腈的制备方法,它是将2-氰基-4-硝基苯胺在非晶态催化剂的作用下进行加氢还原反应,制得2,5-二氨基苯腈,其中所述的非晶态催化剂是由镍、硼和过渡金属M组成,非晶态催化剂中各元素的摩尔百分比为:Ni20-70%、B 30-60%、过渡金属M 0-10%。
8.根据权利要求7所述的2,5-二氨基苯腈的制备方法,其中所述的非晶态催化剂中金属镍是以Ni-B或Ni-B-M非晶态合金的形式存在。
9.根据权利要求7所述的2,5-二氨基苯腈的制备方法,其中加氢还原反应条件是:反应温度50-120℃,反应压力0.5-1.5MPa,反应时间2-8小时,催化剂与原料2-氰基-4-硝基苯胺的质量比为0.005-0.025∶1。
10.根据权利要求7所述的2,5-二氨基苯腈的制备方法,其中所述的非晶态催化剂中各元素的摩尔百分比为:Ni 45%、B 50%、Co 2%、Cr 3%。
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