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碳酸丙烯酯(PC)是一种性能优良的溶剂和重要的有机化工中间体,广泛应用于气体分离、有机合成及石油化工等领域。尿素醇解法合成PC具有成本低、操作安全、环境友好等优点,极具工业化应用前景。 本文首先制备并考察了金属及复合金属氧化物催化尿素醇解反应的活性,然后设计了四因素、三水平Box-Behnken实验,结合响应面法对工艺条件进行了优化,研究了反应温度、物料比、催化剂用量及反应时间对PC收率的影响及其交互作用,建立了影响PC收率的相关模型。在此基础上,结合多种表征手段对催化过程和反应机理进行了研究。最后通过气质联用确证了中间产物羟丙基氨基甲酸酯(HPC)的存在,并尝试多种方法对HPC进行分离。 结果表明,采用催化活性较好的ZnO-Al2O3(Zn/Al=3,Zn3Al)催化剂对工艺条件进行优化,响应面法最优化的合成条件为:反应温度170℃,反应时间2h,n(PG)∶n(urea)=1.5∶1,Zn3Al用量0.5wt%,在此工艺条件下PC的收率为96.45%,同时建立了尿素和丙二醇合成PC的二次数学模型,该模型对实验结果有良好的预测作用。利用FTIR、XRD、EL、ICP、TG等表征手段发现,PC收率与反应液中的锌、铝浓度有关,Zn3Al催化剂是以Zn(NH3)2(NCO)2和Al(NH3)(NCO)3均相催化反应的,Al的存在延缓了Zn的析出,使得Zn3Al催化活性更高。锌、铝最终以碳酸盐、氢氧化物和异氰酸盐的形式析出。采用萃取、减压精馏的方法分离HPC效果较好,HPC纯度达60.3%。