嗎啉的制備方法和應用

時間：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用

[db:作者] / 2023-02-10 00:00

[結構式]

[物化性質]嗎啉又稱嗎啡啉；對氧氮已環；1，4-氧氮六環。無色吸水性油狀液體。相對密度1.0005，溶點為-4.76℃，沸點128.3℃，閃點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，顯強堿性，可溶于水及多數有機溶劑，能隨水蒸氣揮發，并與水形成共沸混合物，受高熱后可分解產生CO、CO2、NOx和氨有毒煙氣。于陰涼、干燥、通風處。防曬、防潮，遠離火種、熱源。不宜大量或久存，應與氧化劑分隔存放。嚴密封裝于玻璃瓶或陶瓷罐內，外套木桶包裝。搬運時輕裝、輕卸，避免包裝破損。按有毒化學品規定儲運。

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

(1)二乙醇胺(DEA)強酸脫水環化法

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，再經蒸餾分餾得到含量為97%的嗎啉。1889年發現嗎啉時，就是將二乙醇胺在濃鹽酸中加熱至1500℃以上得到的。后來發現用濃硫酸作為脫水劑更有效，該法曾在工業上大規模應用。目前美國的道化學公司和聯合碳化物公司、日本的大阪有機化學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。

二乙醇胺強酸脫水法生產嗎啉存在很多缺陷，主要為：一是二乙醇胺價格較高；二是產品質量長期上不去，徘徊在含量95%～97%，制約著嗎啉產品的廣泛應用；三是由于生產過程中使用強酸、堿介質，導致設備腐蝕嚴重，設備維護費用較高；四是環境污染較重。因此該工藝現已很少使用。

(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，與液氨或氨水作用，同時完成氨解和環化反應而制得嗎啉。根據反應壓力的不同，又可分為高壓液相法、低壓氣液相接觸法和常壓氣相法，其反應式如下：

①高壓液相法高壓液相反應通常是在保持二甘醇為液相的壓力條件(最好是6.5～22.5MPa)下進行。由于在較高壓力下，原料二甘醇和反應中間體二甘醇胺基本保持液相，所以催化劑顆粒實際上是浸沒在反應液中。當反應產物嗎啉從上述液相溢出時所受的阻力較大，因此不僅抑制了二甘醇胺向嗎啉的轉化，而且也更易促進嗎啉和二甘醇的縮聚反應，使中間體二甘醇胺和副產物單嗎啉基二甘醇及雙嗎啉基二甘醇的產率升高。此方法的主要缺點是：需用高壓設備，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壓力在0.5～4.2MPa范圍內，二甘醇處于氣液混相狀態，該壓力對嗎啉的合成反應是有利的。與此同時，反應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，以及優化的反應工藝條件(反應溫度、反應壓力以及原料中二甘醇和氨氣及氫氣三者的進料配比等)就可以使反應液中嗎啉的含量大幅度增加。據文獻報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壓力小于0.5MPa，在保持二甘醇基本為氣相的溫度范圍內反應。該法的主要優點是不需壓力設備，工藝簡單，操作安全，投資少，見效快，易于實現工業化。對于中小型嗎啉生產裝置，常壓合成法是可選擇的技術路線，但其缺點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。

[技術指標]

[應用]嗎啉具有中等毒性，于陰涼、干燥、通風處。防曬、防潮，遠離火種、熱源。不宜大量或久存，應與氧化劑分隔存放。使用時，操作人員要十分注意保護眼睛及皮膚，戴密閉眼鏡、手套等。

嗎啉通常用于鍋爐給水pH調節劑。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，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，當給水pH值升高到7.0時，對中和所需CO2所需的嗎啉量為1.6mg/L，當使給水pH值保持為9.0時，則嗎啉需4mg/L。

嗎啉是制備多種化工產品的中間體，帶有仲胺基團，具有仲胺基團的最主要的應用是生產橡膠助劑。同時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泡劑。此外，嗎啉還可以用于制造表面活性劑、農藥、合成熒光增白劑、催化劑、氣體吸收劑及除草劑等。

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