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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。
作品圖片
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(xiàn)行工業(yè)生產方法的大量廢水排放，實現(xiàn)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(xiàn)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(lián)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)，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。
