嗎啉的制備方法和應(yīng)用

時(shí)間：2023-03-24 05:05:14來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

嗎啉的制備方法和應(yīng)用

[db:作者] / 2023-02-10 00:00

[結(jié)構(gòu)式]

[物化性質(zhì)]嗎啉又稱嗎啡啉；對氧氮已環(huán)；1，4-氧氮六環(huán)。無色吸水性油狀液體。相對密度1.0005，溶點(diǎn)為-4.76℃，沸點(diǎn)128.3℃，閃點(diǎn)37.6℃(開杯)，蒸汽壓879.9Pa，自燃溫度310℃，偶極距為1.58，黏度0.00223Pa·s(20℃)，表面張力0.0375N/m(20℃)，爆炸極限1.4%～11.20%，折射率1.4540(20℃)。

有氨味，顯強(qiáng)堿性，可溶于水及多數(shù)有機(jī)溶劑，能隨水蒸氣揮發(fā)，并與水形成共沸混合物，受高熱后可分解產(chǎn)生CO、CO2、NOx和氨有毒煙氣。于陰涼、干燥、通風(fēng)處。防曬、防潮，遠(yuǎn)離火種、熱源。不宜大量或久存，應(yīng)與氧化劑分隔存放。嚴(yán)密封裝于玻璃瓶或陶瓷罐內(nèi)，外套木桶包裝。搬運(yùn)時(shí)輕裝、輕卸，避免包裝破損。按有毒化學(xué)品規(guī)定儲運(yùn)。

[制備方法]目前，生產(chǎn)嗎啉的主要方法有二甘醇(DEG)催化氨解環(huán)化法、二乙醇胺(DEA)強(qiáng)酸脫水環(huán)化法。其中二甘醇催化氨解環(huán)化法是國內(nèi)外主要采用的合成方法。

(1)二乙醇胺(DEA)強(qiáng)酸脫水環(huán)化法

將95%的硫酸與二乙醇胺溶液按一定比例混合，該混合液在160℃下作用一定時(shí)間，冷卻后用定量濃氫氧化鈉溶液中和，過濾移去硫酸鈉，蒸餾得到含水的嗎啉溶液，再經(jīng)蒸餾分餾得到含量為97%的嗎啉。1889年發(fā)現(xiàn)嗎啉時(shí)，就是將二乙醇胺在濃鹽酸中加熱至1500℃以上得到的。后來發(fā)現(xiàn)用濃硫酸作為脫水劑更有效，該法曾在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用。目前美國的道化學(xué)公司和聯(lián)合碳化物公司、日本的大阪有機(jī)化學(xué)公司以及我國的沈陽新生化工廠和上海長江化工廠仍沿用此法。

二乙醇胺強(qiáng)酸脫水法生產(chǎn)嗎啉存在很多缺陷，主要為：一是二乙醇胺價(jià)格較高；二是產(chǎn)品質(zhì)量長期上不去，徘徊在含量95%～97%，制約著嗎啉產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用；三是由于生產(chǎn)過程中使用強(qiáng)酸、堿介質(zhì)，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用較高；四是環(huán)境污染較重。因此該工藝現(xiàn)已很少使用。

(2)二甘醇(DEG)法

二甘醇(DEG)法是以二甘醇和氫為原料在加氫催化劑作用下，在一定的溫度和壓力范圍內(nèi)，與液氨或氨水作用，同時(shí)完成氨解和環(huán)化反應(yīng)而制得嗎啉。根據(jù)反應(yīng)壓力的不同，又可分為高壓液相法、低壓氣液相接觸法和常壓氣相法，其反應(yīng)式如下：

①高壓液相法高壓液相反應(yīng)通常是在保持二甘醇為液相的壓力條件(最好是6.5～22.5MPa)下進(jìn)行。由于在較高壓力下，原料二甘醇和反應(yīng)中間體二甘醇胺基本保持液相，所以催化劑顆粒實(shí)際上是浸沒在反應(yīng)液中。當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)物嗎啉從上述液相溢出時(shí)所受的阻力較大，因此不僅抑制了二甘醇胺向嗎啉的轉(zhuǎn)化，而且也更易促進(jìn)嗎啉和二甘醇的縮聚反應(yīng)，使中間體二甘醇胺和副產(chǎn)物單嗎啉基二甘醇及雙嗎啉基二甘醇的產(chǎn)率升高。此方法的主要缺點(diǎn)是：需用高壓設(shè)備，催化劑壽命短，嗎啉收率低。

②低壓汽液相接觸法低壓汽液相接觸反應(yīng)壓力在0.5～4.2MPa范圍內(nèi)，二甘醇處于氣液混相狀態(tài)，該壓力對嗎啉的合成反應(yīng)是有利的。與此同時(shí)，反應(yīng)液中間體二甘醇胺的含量也大大降低。若采用高活性、高選擇性的催化劑，以及優(yōu)化的反應(yīng)工藝條件(反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力以及原料中二甘醇和氨氣及氫氣三者的進(jìn)料配比等)就可以使反應(yīng)液中嗎啉的含量大幅度增加。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道低壓法合成嗎啉的收率一般均在70%以上，由此可見對于低壓法合成嗎啉關(guān)鍵仍是催化劑的活性、選擇性和使用壽命。

③常壓法常壓氣相反應(yīng)壓力小于0.5MPa，在保持二甘醇基本為氣相的溫度范圍內(nèi)反應(yīng)。該法的主要優(yōu)點(diǎn)是不需壓力設(shè)備，工藝簡單，操作安全，投資少，見效快，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。對于中小型嗎啉生產(chǎn)裝置，常壓合成法是可選擇的技術(shù)路線，但其缺點(diǎn)是選擇性沒有液相法高，催化劑壽命不長，收率趕不上低壓汽液相接觸法。

[技術(shù)指標(biāo)]

[應(yīng)用]嗎啉具有中等毒性，于陰涼、干燥、通風(fēng)處。防曬、防潮，遠(yuǎn)離火種、熱源。不宜大量或久存，應(yīng)與氧化劑分隔存放。使用時(shí)，操作人員要十分注意保護(hù)眼睛及皮膚，戴密閉眼鏡、手套等。

嗎啉通常用于鍋爐給水pH調(diào)節(jié)劑。將嗎啉投加到給水中去，利用嗎啉溶于水后呈堿性，可以中和水中的游離二氧化碳和高溫酸性氧化物反應(yīng)，提高鍋爐給水pH值，減緩二氧化碳的腐蝕。但嗎啉對于由于氧引起的腐蝕，不起抑制作用，所以加強(qiáng)對給水的熱力脫氧，是保證嗎啉處理效果的重要步驟，要加以注意。

嗎啉在給水中的投加量與給水的pH值有關(guān)，當(dāng)給水pH值升高到7.0時(shí)，對中和所需CO2所需的嗎啉量為1.6mg/L，當(dāng)使給水pH值保持為9.0時(shí)，則嗎啉需4mg/L。

嗎啉是制備多種化工產(chǎn)品的中間體，帶有仲胺基團(tuán)，具有仲胺基團(tuán)的最主要的應(yīng)用是生產(chǎn)橡膠助劑。同時(shí)廣泛地用作蒸汽鍋爐的緩蝕劑和防垢劑。雙嗎啉基多硫化物、N-N亞烷基雙嗎啉等用于潤滑油防腐劑。嗎啉水溶液可用于脫除氣體CO2、H2S或HCN。甲基嗎啉和乙基嗎啉可用作聚氨酯泡沫塑料的發(fā)泡劑。此外，嗎啉還可以用于制造表面活性劑、農(nóng)藥、合成熒光增白劑、催化劑、氣體吸收劑及除草劑等。

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