固体超强酸催化合成长链烷基萘的研究

2017-09-03 10:32李鹏张东恒魏朝良张雪涛孔令杰

润滑油 2017年4期

关键词：烷基烯烃基础油

李鹏，张东恒，魏朝良，张雪涛，孔令杰

(中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁大连 116032)

固体超强酸催化合成长链烷基萘的研究

李鹏，张东恒，魏朝良，张雪涛，孔令杰

(中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁大连 116032)

长链烷基萘；固体超强酸；烷基化；润滑油

0 引言

随着机械工业技术水平的进步，很多应用场合都对润滑油提出了更苛刻的要求，传统的矿物型润滑油已经不能完全满足要求，合成润滑油的应用场合逐渐增多。烷基芳烃由于具有氧化安定性高、闪点高、热稳定性好、安全性更高等特点，是合成润滑油领域中一类重要的产品而受到广泛专注。其中，长链烷基萘具有优异的添加剂溶解性，良好的抗乳化性能，优异的热氧化安定性和热稳定性，以及与密封材料良好的相容性等特点，成为烷基芳烃家族中最重要的产品，在合成润滑油中占有重要的地位[1-6]。烷基萘广泛应用于液压油、齿轮油、热传导油、变压器油、冷冻机油、压缩机油、液晶等领域。

1 实验部分

1.1 原料与试剂

萘，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。1-十四烯，百灵威化学试剂公司，烯烃含量92%。氨水，分析纯，天津科密欧试剂有限公司。TiCl4，分析纯，天津科密欧试剂有限公司。98%硫酸，分析纯，天津科密欧试剂有限公司。

1.2 催化剂制备

1.3 合成反应

烷基萘的合成实验在带有冷凝回流装置250 mL三口烧瓶中进行，油浴控温。烧瓶中加入一定量的萘和催化剂，待油浴加热到一定温度，缓慢滴加烯烃，滴加完毕继续反应一定时间。反应产物经过过滤、洗涤后进入气相色谱分析。产物分析在Agilent 7890气相色谱上进行，HP-5毛细柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)，进样口350 ℃，检测器350 ℃。

1.4 催化剂表征

X射线衍射(XRD)分析在理学D/MAX 2400衍射仪上进行。催化剂的形貌表征在QUANTA FEG 250扫描电镜(SEM)上进行。NH3程序升温脱附(NH3-TPD)实验在Quantachrome ChemBET TPD 3000装置上进行。

2 结果与讨论

2.1 催化剂表征

2.1.1 XRD

图固体超强酸的XRD谱图

2.1.2 SEM

图固体超强酸的SEM 谱图

2.1.3 NH3-TPD

图固体超强酸的NH3-TPD谱图

2.2 反应工艺

2.2.1 催化剂用量影响

图4是单因素实验考察催化剂用量对萘转化率的影响。从图4 看出，催化剂从0.5 g增加到1.0 g，萘的转化率略有升高，但是随着催化剂用量的显著增加，萘的转化率开始明显下降，这是因为催化剂用量过多，烯烃聚合副反应加剧，导致烷基化试剂大量损失。为了减少烯烃聚合反应的发生，提高烷基化试剂的效率，可以在体系中加入少量阻聚剂。在此反应条件下，催化剂1.0 g时萘的转化率最佳。

反应条件：T=100 ℃，t=5 h，萘

2.2.2 反应时间影响

图5是反应时间对萘转化率的影响。从图5看出，萘转化率随反应时间的延长而逐渐增加。当反应时间5 h，萘的转化率达到最佳。

反应条件：T=100 ℃，萘=2∶1

2.2.3 反应温度影响

图6是反应温度对萘转化率的影响。从图 6中看出，反应温度为80 ℃时，萘的转化率只有27%, 催化剂活性较低。当反应温度达到100 ℃时，萘的转化率达到了75%。随着反应温度继续升高，萘的转化率没有明显变化。因此，温度100 ℃就能够使催化剂的活性达到最佳，也是合成烷基萘的合适温度。

反应条件萘=2∶1

2.2.4 原料比例影响

图7是原料比例对萘转化率的影响。从图7看出，当烯烃对萘的比例从1增加到3时，萘的转化率不断升高，最高值为92%。随着比例增加，萘的转化率略有下降。在此反应体系中，萘的烷基化和烯烃聚合是作为竞争反应存在的。当烯烃的浓度较低时，烯烃大部分作为萘的烷基化试剂，随着比例的增加，不断提高萘的转化率。当烯烃达到一定浓度时，烯烃聚合反应会开始占据主导作用，消耗掉部分作为烷基化试剂的烯烃，萘的转化率会有所下降。