一种基于微通道反应器光催化合成苯甲酸的方法
技术领域
本发明涉及化工
技术领域
，具体涉及一种基于微通道反应器光催化合成苯甲酸的方法。背景技术
苯甲酸是一种芳香酸类有机化合物，以游离酸、酯或其衍生物的形式广泛存在于自然界中。主要用于制备苯甲酸钠防腐剂，并用于合成药物、染料；还用于制增塑剂、媒染剂、杀菌剂和香料等。羧酸是一种重要的有机化合物，它们被用作各种高附加值化学品的合成前体。在传统的氧化方法中，这类化合物的合成是在存在化学计量负载的有害氧化剂的情况下进行的，例如重铬酸盐/高锰酸盐、氧代酮和高碘酸盐试剂，存在大量含有重金属的废物，这对环境不利。因此，重要的是开发简单、有效和环境友好的方法，从简单和容易获得的原料合成高价值的产品。
光化学是研究光与物质相互作用所引起的永久性化学效应的化学分支学科，光化学的发展对改进有机化合物的合成工艺具有重要贡献，可见光诱导的有机反应是有机化学中重要的化学转化，光照引发的自由基反应，往往反应温度不是很高，反应条件非常温和。将光化学用于有机合成，可以避免苛刻的反应条件、有毒有害和易爆的试剂，能够提高过程安全性；另外，光能不同于传统有机合成中所使用的热能，使用光能相对于热能成本更低。
微反应器是一种建立在连续流动基础上的微管道式反应器，用以替代传统反应器，如玻璃烧瓶、漏斗，以及工业有机合成中常用的反应釜等传统间歇反应器。在微反应器中有大量的以精密加工技术制作的微型反应通道，它可以提供极大的比表面积，传质传热效率极高。另外，微反应器以连续流动代替间歇操作，使准确控制反应物的停留时间成为可能。这些特点使有机合成反应在微观尺度上得到精确控制，为提高反应选择性和操作安全性提供了可能。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种基于微通道反应器光催化合成苯甲酸的方法，不需采用腐蚀性大、毒性大的试剂，提高了合成过程的清洁性，且成本低，操作简单，反应条件温和，反应效率高。
为实现上述目的，本发明所设计的一种基于微通道反应器光催化合成苯甲酸的方法，包括如下步骤：将甲苯、光催化剂和溶剂混合形成混合液，通过平流泵将混合液打入微通道反应器中，再将氧化剂通过泵打入微通道反应器中与混合液进行混合，在高压汞灯光照下反应5～12小时。
优选的，所述光催化剂为三氟甲基亚磺酸钠、四溴化碳、四氯化碳、溴化铵或三乙胺中的一种
优选的，甲苯与光催化剂的摩尔比为1:0.05～0.3。
优选的，溶剂为乙腈、四氢呋喃、苯、丙酮或二氯甲烷中的一种。
优选的，溶剂的加入量为甲苯体积的2～8倍。
优选的，氧化剂为氧气或者空气。
优选的，高压汞灯光照下的反应温度为20～80℃。
优选的，高压汞灯灯光的波长为350～450nm。
优选的，氧化剂的流量为5～18ml/min，混合液的流量为6～16ml/min。
优选的，所述微通道反应器由玻璃微通道板组成。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、避免了传统合成方法中的高毒、高腐蚀性试剂，提高了反应过程的清洁性和安全性；
2、使用氧气作为氧化剂，试剂廉价环保，原子经济性高；
3、采用微通道反应器作为反应装置，能够加强原料的混合与光照效率，提高反应效率；
4、反应条件温和，用光源代替热源，节省能源，而且降低了成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
将甲苯与三氟甲基亚磺酸钠以1:0.1的摩尔比进行混合，然后加入3倍甲苯体积的乙腈充分混合形成混合液，用平流泵将混合液以12ml/min的流量打入微通道反应器，用氧气泵将氧气以5ml/min的流量打入微通道反应器中与混合液混合，氧气与混合液在微通道反应器内在250W、365nm高压汞灯40℃照射下反应10h，反应结束后，取样，用气相色谱分析产物组成，计算得产率为95.8％。
实施例2
将甲苯与三氟甲基亚磺酸钠以1:0.12的摩尔比进行混合，然后加入4倍甲苯体积的四氢呋喃充分混合形成混合液，用平流泵将混合液以6ml/min的流量打入微通道反应器，用氧气泵将氧气以7ml/min的流量打入微通道反应器中与混合液混合，氧气与混合液在微通道反应器内在250W、400nm高压汞灯20℃照射下反应5h，反应结束后，取样，用气相色谱分析产物组成，计算得产率为89.9％。
实施例3
将甲苯与四溴化碳以1:0.05的摩尔比进行混合，然后加入2倍甲苯体积的丙酮充分混合形成混合液，用平流泵将混合液以8ml/min的流量打入微通道反应器，用氧气泵将氧气以14ml/min的流量打入微通道反应器中与混合液混合，氧气与混合液在微通道反应器内在250W、350nm高压汞灯40℃照射下反应8h，反应结束后，取样，用气相色谱分析产物组成，计算得产率为87.2％。
实施例4
将甲苯与三乙胺以1:0.3的摩尔比进行混合，然后加入5倍甲苯体积的二氯甲烷充分混合形成混合液，用平流泵将混合液以9ml/min的流量打入微通道反应器，用氧气泵将氧气以18ml/min的流量打入微通道反应器中与混合液混合，氧气与混合液在微通道反应器内在250W、365nm高压汞灯70℃照射下反应9h，反应结束后，取样，用气相色谱分析产物组成，计算得产率为97.5％。
实施例5
将甲苯与四氯化碳以1:0.09的摩尔比进行混合，然后加入6倍甲苯体积的四氢呋喃充分混合形成混合液，用平流泵将混合液以16ml/min的流量打入微通道反应器，用氧气泵将氧气以12ml/min的流量打入微通道反应器中与混合液混合，氧气与混合液在微通道反应器内在250W、450nm高压汞灯45℃照射下反应12h，反应结束后，取样，用气相色谱分析产物组成，计算得产率为89.7％。
实施例6
将甲苯与溴化铵以1:0.13的摩尔比进行混合，然后加入8倍甲苯体积的苯充分混合形成混合液，用平流泵将混合液以14ml/min的流量打入微通道反应器，用氧气泵将空气以9ml/min的流量打入微通道反应器中与混合液混合，氧气与混合液在微通道反应器内在250W、420nm高压汞灯80℃照射下反应7h，反应结束后，取样，用气相色谱分析产物组成，计算得产率为84.6％。
上述实施例中，微通道反应器均由玻璃微通道板组成。
本发明基于微通道反应器光催化合成苯甲酸的方法，避免了传统合成方法中的高毒、高腐蚀性试剂，提高了反应过程的清洁性和安全性；使用氧气作为氧化剂，试剂廉价环保，原子经济性高；采用微通道反应器作为反应装置，能够加强原料的混合与光照效率，提高反应效率；反应条件温和，用光源代替热源，节省能源，而且降低了成本。
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