基本信息
- 項目名稱:
- 橡膠硫化促進劑二硫化二苯并噻唑的清潔生產方法
- 小類:
- 能源化工
- 大類:
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介:
- 本作品充分發(fā)揮交叉學科優(yōu)勢,開發(fā)了二硫化二苯并噻唑(DM)的清潔生產方法,已申請發(fā)明專利。該作品發(fā)明了一種未見報道的催化劑,成功催化氧化2-巰基苯并噻唑合成DM,所得產品質量達到國家優(yōu)級標準GB/T 11408-2003;有效地解決了現有生產方法存在的問題,符合國家節(jié)能減排的政策。對一個年產量在1萬噸/年的中型生產廠家,每年的利潤將會達到五千萬,社會經濟效益顯著。
- 詳細介紹:
- DM(二硫化二苯并噻唑)是一種橡膠硫化促進劑,被廣泛使用在輪胎、軟管、橡膠墊、防水布、艷色的橡膠帛品、膠管、電線、電纜、膠鞋等非食品應用的橡膠制品;DM也用于生產其他許多高端硫化促進劑,被稱為硫化促進劑行業(yè)的中樞產品。另外,優(yōu)級DM又是頭孢類抗菌素的重要藥物中間體。 本作品結合化學、化工、材料等學科的知識,充分發(fā)揮交叉學科優(yōu)勢,開發(fā)了二硫化二苯并噻唑(DM)的清潔生產方法,已申請發(fā)明專利。該作品發(fā)明了一種未見報道的催化劑,成功催化氧化2-巰基苯并噻唑合成DM,所得產品質量達到國家優(yōu)級標準GB/T 11408-2003;有效地解決了現有生產方法存在的產品質量差、污染嚴重等問題,符合國家節(jié)能減排的政策。對一個年產量在1萬噸/年的中型生產廠家,每年的利潤將會達到五千萬,社會經濟效益顯著。 本作品創(chuàng)新點如下: (1)本作品研發(fā)了一種未見報道的新型高效催化劑,成功用于M的催化分子氧氧化合成DM。 (2)本作品所使用的分子氧氧化劑,不需要加額外的酸堿,副產物只有水,反應條件溫和,綠色環(huán)保。 (3)本作品與現行的DM生產方法相比,工藝設備簡單,所得的產品質量較好,達到國家優(yōu)級標準GB/T 11408-2003,不需純化,既可用于藥物生產。 (4)本作品所得母液可以循環(huán)利用5-6次,可利用現有的生產工藝設備,不需要做大規(guī)模的改變,即可完成裝備的改進,大大減少生產成本。 (5)本作品操作簡便,采用“一鍋煮”方法即成功反應,除產品為不溶于溶劑的固體外,其他組分均溶于溶劑,經簡單分離,即可制得質量較高的產品。 (6)本作品充分利用煙道氣做為能量來源,對產品進行干燥,變廢為寶,極大地節(jié)約了能源,符合國家節(jié)能減排的政策。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的、思路:氧氣是廉價易得的綠色氧化劑,但其鍵能494KJ/mol,基態(tài)無活性。本項目擬開發(fā)高效催化劑,使催化劑與氧氣分子之間配位,減弱惰性氧原子之間的化學鍵,從而活化分子氧,使其在溫和條件下即用作氧化劑。若成功地開發(fā)出相應氧化M制備DM的新方法,既可有效地提高產品質量,又能避免廢物排放,從源頭消除現行工業(yè)生產方法的大量廢水排放,實現清潔生產,具有明顯的應用前景。 與傳統(tǒng)DM生產方法相比,創(chuàng)新點:1.研發(fā)了一種未見報道的催化劑,成功用于DM的合成。2.采用氧化劑氧氣,副產物只有水,綠色環(huán)保。3.所得的產品質量達到國家優(yōu)級標準GB/T 11408-2003,不需純化,既可用于藥物生產。4.母液可以循環(huán)利用5-6次,大大減少生產成本。5.操作簡便,采用“一鍋煮”方法即成功反應,經簡單分離,即得優(yōu)級產品。6.利用煙道氣作能量來源,對產品進行干燥,變廢為寶,符合國家節(jié)能減排的政策。 技術關鍵:金屬絡合物催化劑研發(fā)是關鍵,金屬離子和小分子配合物的配比和催化氧化時溫度、氧壓、反應時間、催化劑的量、攪拌速度都會顯著影響DM的質量。 主要技術指標:產品DM,收率>95%,純度>99%;外觀:白色粉末;初熔點/℃ ≥170.0;加熱減量的質量分數/% ≥0.30;灰分的質量分數/% ≤0.30;篩余物的質量分數/% ≤0.0。
科學性、先進性
- 科學性:現行工業(yè)多采用亞硝酸鈉氧化法生產DM,產品質量較差,僅能達到國標一級標準GB/T 11408-2003,用作橡膠硫化促進劑尚可,用于藥物生產的優(yōu)級DM則需要再純化;且產生大量的含鹽和氮化物酸性廢水,治理起來成本高,未治理排放污染嚴重。因此,急需升級換代。本作品研究的DM生產新方法,巧妙地利用金屬絡合物活化分子氧和原料M中硫氫鍵較弱的特點,通過催化劑與氧分子配位來活化氧氣,使其在溫和條件下即可用于氧化;通過自由基氧化偶聯反應,開發(fā)了M制備DM的新技術。且不使用額外的酸堿,副產物只有水,綠色環(huán)保,后處理簡單,實現了DM的清潔合成,提高了產品質量,適宜工業(yè)化,應用前景好。 先進性:文獻調研未見有相近的技術報道,本作品研究的DM生產新方法具有明顯的創(chuàng)新性和先進性,已經申請發(fā)明專利,申請?zhí)枺?01110063995.2。
獲獎情況及鑒定結果
- 2011年04月獲學校第九五屆大學生挑戰(zhàn)杯課外學術科技作品競賽一等獎
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 技術轉讓給商丘嘉美化工有限公司
作品可展示的形式
- 樣品,圖片,照片,圖紙
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 本課題組結合化學、化工、材料、能源等學科的知識,開發(fā)出的二硫化二苯并噻唑的清潔生產方法,工藝簡便,0.4 MPa壓力、<100℃的溫和條件下,可使原料M完全轉化,簡單分離即得產品DM,收率>95%,純度>99%,達到國標優(yōu)級標準GB/T 11408-2003。無“三廢”產生,安全有效,完全適應于工業(yè)化生產。 使用說明和范圍:1. DM儲存時應保持干燥,使用期為兩年。2.產品DM不僅能用作橡膠硫化促進劑,且不需進一步純化即可用于藥物生產。 推廣前景:本作品研究的新方法,不僅能降低生產成本,提高產品質量,而且能夠從源頭消除“三廢”污染。此外,該制備方法可利用現有的生產條件,推廣前景好。按目前2.1萬元/噸的DM市場價計算,使用該技術生產一噸產品可獲得0.5萬元以上的利潤。一個生產1萬噸/年的中型生產規(guī)模,每年滿負荷的利潤將會達到5000萬。據估計,我國的DM產量約為30萬噸/年,所以,本作品研究的新方法具有明顯的應用價值和經濟效益。
同類課題研究水平概述
- 目前國內外工業(yè)生產DM常用的氧化生產方法主要有以下四種: 第一種:以M為原料,亞硝酸鈉為氧化劑,在酸性介質中通入空氣氧化而得。 該氧化方法使用的亞硝酸鈉為計量氧化劑(與原料M的摩爾比為2:1),會產生與原料等當量硫酸鈉鹽和二當量的氧化氮酸性廢水,治理成本高,未治理排放污染嚴重。而且生產的DM質量較差,僅能達到國標一級標準,用作橡膠硫化促進劑尚可,用于藥物生產的優(yōu)級DM需要再純化。 第二種:以M處理成鈉鹽,再用氯氣氧化,生產DM。 該生產方法需要先將M制成其相應的堿式鹽,使得工藝復雜;此法雖能從根本上消除氮氧化物,但氯氣還能與芳香類化合物生成氯代芳烴和致癌物質噁英,如若防護不慎,對人傷害很大;且產品為粉體,質地堅硬,篩選困難,需要用溫水洗滌等方法才會使粉體松散,產品利用困難。 第三種:將M處理成銨鹽,再以次氯酸鈉為氧化劑生產DM。 該生產方法與前兩種生產方法相比,所用試劑的毒性減小,且采用的工藝設備較簡單,操作方便,生產安全。但是在生產過程中,會產生高濃度的氯化鈉廢水,造成嚴重的“三廢”污染,與倡導的綠色化學相悖。 第四種:常用的用氧氣做氧化劑催化氧化M生產DM的方法。 該生產方法與前三種生產方法相比,原料M不需要純化即可用于生產,明顯節(jié)約了時間和能源,且副產物只有水,整個流程操作方便安全。但是在生產過程中,會產生銨鹽廢水,循環(huán)利用能耗大,因而造成嚴重的“三廢”污染;且M氧化前需進行成鹽處理,使工藝繁瑣。 通過對以上四種生產工藝的分析比較,我們不難看出,當前成熟的DM的制備方法存在氧化劑毒性大、“三廢”污染嚴重、生產廢水難以處理、,工藝復雜等諸多問題。因此,開發(fā)綠色、高選擇性、高效的DM生產工藝具有重要的科學意義。 近年來研究發(fā)現,以M為原料,催化分子氧氧化得到DM,具有良好的應用前景,相應催化劑研究的報道很多,包括均相、多相、生物與仿酶等各個催化領域,但多處于基礎研究階段,至今未見工業(yè)化應用的報道。