微反应器中甲苯硝化的选择性研究(2)

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2.1.2 实验步骤 9

2.2 结果与讨论 9

2.2.1 不同反应器内甲苯硝化工艺的对比 9

2.2.2不同离子液体催化甲苯绿色硝化研究 13

2.2.3不同表面活性剂催化甲苯绿色硝化研究 16

结论 17

致谢 18

参考文献 19

1 绪论

1.1 芳烃硝化中存在的问题

芳烃的硝化反应是重要的基础有机反应，芳烃的硝化产物是制备医药、染料、炸药、香料等的主要原料，同时作为精细化工的重要中间体，应用十分广泛[ ]。早在十九世纪，有机化学工业发展初期，硝化反应就已经成为大规模应用的化工单元反应。对硝化反应的研究也一直是基础化学研究领域的重要内容，工业的发展促进了硝化理论的进步，硝化理论研究不但丰富了有机反应理论，也给硝基化合物的生产带来了诸多技术进步[ ]。

然而，目前芳烃硝化普遍采用传统的硝硫混酸硝化法，主要存在以下三方面的问题：(1)安全性生产问题。硝化反应是一个快速的强放热反应过程，若控制不当，易引起温度飞升、冒料，甚至爆炸的现象[ ]。虽然20世纪70年代以来国外开发出的绝热硝化技术在一定程度上提高了操作安全性，但未能从根本上解决硝化剧烈放热带来的隐患。(2)环境污染问题。传统的硝硫混酸工艺会产生大量含有机物的酸性废水，同时存在设备腐蚀问题，造成严重的环境污染和资源浪费。为解决这一问题，研究者进行了大量绿色硝化技术的研究，如气相硝化技术[ ]，但距离实现工业化存在诸多技术难题。(3)芳烃区域选择性硝化问题。通过积极寻找适宜的硝化剂和催化剂以提高芳烃硝化的选择性，也一直是国内外研究者的研究重点。比如用复合金属氧化物和离子液体催化等[ ]，一定程度上对芳烃硝化选择性起到控制改善作用，但这些催化剂都存在诸如催化时间长、成本过高、操作复杂、不易回收、收率较低等问题。鉴于此，选择控制更为精确、稳定节能的系统和高选择性的绿色硝化技术，成为解决芳烃硝化问题的关键。

1.2 微通道反应器简介

微反应器是指用微加工技术制造的一种微型化的化学反应器，本质上讲是一种连续流动的管道式反应器[ ]。其包含结构奇特的多种微混合器和其他微加工器件，内部结构一般定义在微米到毫米尺寸范围。以微结构反应器为基础的微化工技术是涉及物理、化学、化工、生物、材料、微电子以及微机械加工等诸多领域的多学科交叉技术（如图1所示）。该技术具有过程连续、控制精确、高效的传热传质能力、生产安全性高的特点[ ]。

微过程工程学与多个工程领域的学科交叉

图1.1 微过程工程学与多个工程领域的学科交叉

微化工技术的发展，是以现代微制造技术的日趋成熟和制造材料的日趋丰富为推动力。由制造材质来看，单晶硅的湿法化学蚀刻是第一个用于大规模微反应芯片制造的加工方法，这要得益于微电子技术的迅猛发展；金属材料以其良好的加工性能、高机械强度和耐高温高压等特性，受到工程技术者的青睐，与之对应的微制造技术称为LIGA过程，该技术结合平版印刷、电子成型和浇铸技术，具有高精密度快速复制等独有特征；耐腐蚀的玻璃材质则采用湿法化学蚀刻技术应用于微反应器元件的制造[ ]。一直以来，微反应器芯片设计成为微制造的核心，主要包括芯片的构型和流体接触类型两方面，以湍流混合和层流混合为设计理念，从简单的T型、Y型混合器，到多支流注入型、水力学聚焦型，以及薄层交叉-重组型等（如图2所示），微反应器的混合效率得到极大改进，混合类型日趋完善[ ]。