环已烷的应用与研究

2025/9/30 9:51:16 作者:风华

概述

环已烷是一种化学式为C₆H₁₂的饱和环状烃类化合物,常温下表现为无色、具有刺激性气味的液体,不溶于水,但可溶于乙醇、乙醚、苯、丙酮等多数有机溶剂。环已烷天然存在于石油中,浓度一般为 0.5% - 1.0%。在安全性方面,它能够与空气形成爆炸性混合物,存在火灾及爆炸风险。因此,在该物质的储存与运输过程中一定要注意避免高温明火。

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制备方法

环已烷常通过苯加氢制备。有机合成领域报道的制备方法包括两次加氢反应。第一次加氢反应:一部分苯直接进入汽液分离罐。一部分苯与氢气混合后进入汽化器,汽化后进入装有NCG-6型苯加氢催化剂的第三加氢反应器进行苯加氢反应,反应后的油气被凝冷,凝液进入汽液分离罐;第二次加氢反应:氢气与汽液分离罐中的凝液混合后进入汽化器,汽化后进入装有NCG-6型苯加氢催化剂的第一,第二加氢反应器继续进行苯加氢反应,从第一,第二加氢反应器底部出来的油气被冷却后进入汽液分离罐,分离得到环已烷凝液。本方法的生产工艺流程连续,反应后可直接得到纯度比较高的环已烷,不需分离,流程短,耗能少,投入小,操作简单[1]。

应用

环已烷主要用于工业生产环己醇和环己酮等,它还常被用作溶剂、去漆剂以及其他化学品的原料,在工业涂料、粘合剂等领域具有广泛应用。环已烷氧化反应制备环己醇和环己酮(两者混合物俗称KA油)是工业上的一类重要反应。由于该反应工艺转化率和选择性较低,三废污染严重以及能耗大,因此该领域一直都是国内外研究的热点和难点[2]。文献报道的从环已烷制备环己酮,环己醇的方法包括如下步骤:A,在氧化反应器中用含分子氧的气体氧化环已烷生成含环己基氢过氧化物的氧化混合物;B,将含环己基氢过氧化物的氧化混合物分解,生成环己酮,环己醇;C,在分离器中分离后,蒸馏出环己酮和环己醇;D,将氧化混合物中的废碱进行焚烧处理得到碳酸钠。其中含环己基氢过氧化物的氧化混合物的分解分两段进行,第一段用含碳酸钠或含碳酸钠和多种羧酸的钠盐的碱性水溶液进行非均相催化分解;第二段用含氢氧化钠或含氢氧化钠和多种羧酸的钠盐的碱性水溶液进行进一步分解。采用该方法环己酮,环己醇的收率可以提高3%~9%;氢氧化钠的消耗可以降低45%~88%;并且能够使废碱焚烧得到的碳酸钠循环使用,减少了废渣,从而减少了对环境的污染[3]。

在分析检测领域,环已烷同样有重要应用。例如,采用环已烷作内标,测定蒸馏酒中甲醇,杂醇油含量。具体地,用气相色谱法,玻璃填充柱进行分离,氢火焰离子化检测器检测,以保留时间定性,环已烷作内标定量。该方法操作简单,分离效果好,灵敏度高,不受进样误差对结果的影响,适合蒸馏酒中甲醇,杂醇油含量测定[4]。

材料化学研究中,将不同比例的环已烷添加到囊芯正十八烷中,通过原位聚合法可以合成相变材料微胶囊。相关性能试验结果表明:随着环已烷添加量的增加,经过热处理的微胶囊的凹陷增大,具有凹陷的胶囊数增加,微胶囊的耐热温度也相应地增加。环已烷经过热处理挥发而产生的预留空间对胶囊耐热性的提高起主要作用[5]。

有关研究

通过溶剂选择原理以DMF作为分离环已烷-正丙醇二元共沸物的溶剂,采用UNIFAC模型对常压下该物系和加入溶剂DMF后的物系进行气液平衡模拟,并通过实验探究环已烷-正丙醇二元共沸物分离的相关过程。研究发现,模拟结果与实验数据吻合较好。通过间歇萃取精馏分离此共沸物的实验研究来进一步考察所选萃取剂的效果,结果表明,DMF能够消除环已烷-正丙醇共沸物系的共沸点,采用有30块理论板的填料塔,萃取剂进料位置为第4块板,溶剂质量比为1:1,回流比为3:1时,塔顶环已烷产品质量分数为96.2%,回收率为72.2%[6]。

参考文献

[1]张殿明,李荣忠,侯云亭,等.一种制备环已烷的方法:CN201110070053.7[P].

[2]李静,靳海波,佟泽民.环己烷氧化反应新工艺的研究进展[J].化学工业与工程, 2006, 23(4):6.DOI:10.3969/j.issn.1004-9533.2006.04.017.

[3]周小文,刘继红,尹华清,等.从环己烷制备环己酮,环己醇的方法:CN01114586.2[P].

[4]王斌,冯锡凯,马立明.气相色谱内标(环己烷)法测定蒸馏酒中甲醇,杂醇油含量[J].中国卫生检验杂志, 2006, 16(7):2.DOI:10.3969/j.issn.1004-8685.2006.07.016.

[5]王学晨,张兴祥,樊耀峰,等.环己烷对相变材料微胶囊结构与性能的影响[J].天津工业大学学报, 2004, 23(4):5.DOI:10.3969/j.issn.1671-024X.2004.04.002.

[6]孙畅,白鹏,梁金华,等.间歇萃取精馏分离环己烷-正丙醇的研究[J].现代化工, 2013(6):4.DOI:10.3969/j.issn.0253-4320.2013.06.026.

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