雙頻超聲強(qiáng)化酯交換合成蔗糖月桂酸酯的研究.pdf

1、聲化學(xué)被譽(yù)為21世紀(jì)綠色化學(xué)之一,引入的超聲能改變反應(yīng)歷程、改善反應(yīng)條件以及引發(fā)新的化學(xué)反應(yīng)。本文將超聲引入到蔗糖酯的合成過程中,利用聲化學(xué)的促進(jìn)作用,克服傳統(tǒng)方法存在反應(yīng)時間長、反應(yīng)溫度高、產(chǎn)品副產(chǎn)物多等不足,開展超聲技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)過程中應(yīng)用的研究,主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)在單頻、雙頻超聲組合強(qiáng)化酯交換合成蔗糖月桂酸酯中,20、40、60、80、100 kHz單頻超聲輻照下,結(jié)果表明超聲頻率越低,單酯產(chǎn)率最高,20

2、kHz超聲輻照下,單酯產(chǎn)為76.80％;20+40 kHz、40+60 kHz、40+80 kHz、40+100 kHz雙頻率X-Z正交組合超聲場輻照下,蔗糖月桂酸單酯產(chǎn)率比單頻單獨(dú)作用的高,40+60 kHz的正交超聲場對酯交換的影響最明顯,單酯產(chǎn)率為87.57%。通過單因素和正交實驗,確定超聲場中強(qiáng)化合成蔗糖月桂單酯的最優(yōu)工藝條件為:糖酯摩爾比6∶1、溫度80℃、聲強(qiáng)1.050 W?cm-2、超聲作用時間2 h、催化劑占月桂酸甲酯質(zhì)

3、量的12%,此條件下平均單酯產(chǎn)率為87.99%。
　　(2)在超聲強(qiáng)化酯交換合成蔗糖月桂酸單酯的動力學(xué)研究中發(fā)現(xiàn),40、60、40+60 kHz三種超聲方式強(qiáng)化合成蔗糖月桂酸單酯產(chǎn)率明顯比無超聲條件下的高,說明超聲具有明顯的促進(jìn)酯交換反應(yīng)。40、60、40+60 kHz三種超聲方式強(qiáng)化合成蔗糖月桂酸酯的過程分為三個反應(yīng)階段,第一個階段為慢速一級反應(yīng)過程,第二階段為快速反應(yīng)的擬二級反應(yīng)過程,第三階段為平衡階段。當(dāng)反應(yīng)溫度55℃時,超

4、聲輻照方式40、60、40+60 kHz下,第一階段的反應(yīng)速率常數(shù)分別為0.0007、0.0004、0.0010 min-1,第二階段的反應(yīng)速率常數(shù)分別為0.1220、0.0689、0.1833 mol-1?L?min-1;當(dāng)反應(yīng)溫度65℃時,超聲輻照方式40、60、40+60 kHz下,第一階段的反應(yīng)速率常數(shù)分別為0.0009、0.0007、0.0011 min-1,第二階段的反應(yīng)速率常數(shù)的分別為0.1556、0.0976、0.246

5、4 mol-1?L?min-1;當(dāng)反應(yīng)溫度75℃時,超聲輻照方式40、60、40+60 kHz下,第一階段的反應(yīng)速率常數(shù)分別為0.0070、0.0055、0.0093 min-1,第二階段的反應(yīng)速率常數(shù)的分別為0.2858、0.1820、0.3949 mol-1?L?min-1。表明提高溫度可提高反應(yīng)速率,雙頻超聲輻照在促進(jìn)酯交換反應(yīng)具有協(xié)同促進(jìn)作用,能夠縮短反應(yīng)時間,提高單酯產(chǎn)率。40、60、40+60 kHz超聲輻照下反應(yīng)的活化能分

6、別為40.24、45.98、36.33 kJ?mol-1,表明雙頻超聲輻照能夠降低酯交換合成蔗糖月桂酸單酯所需能量,因此反應(yīng)速率得到提高。
　　(3)在超聲強(qiáng)化酯交換合成蔗糖月桂酸單酯機(jī)理研究中,以反應(yīng)體系的電導(dǎo)率表征聲化學(xué)產(chǎn)額,反應(yīng)第一階段,反應(yīng)體系的電導(dǎo)率迅速提高,而生成的單酯濃度較緩慢地提高;40+60 kHz雙頻超聲輻照作用下,體系的電導(dǎo)率要比40、60 kHz單獨(dú)作用的高,表明雙頻超聲比單頻的空化效應(yīng)強(qiáng)。反應(yīng)第二階段,反

7、應(yīng)體系的電導(dǎo)率增加幅值下降,而單酯濃度迅速提高。超聲輻照作用下,催化劑 K2CO3的粒徑隨著輻照時間增加而變小;超聲輻照120 min,40、60、40+60 kHz雙頻正交超聲輻照作用下,K2CO3顆粒平均粒徑為719.5、923.2、543.1 nm,這表明,超聲能夠有效粉碎催化劑K2CO3顆粒,使K2CO3顆粒變小,且雙頻超聲對K2CO3顆粒的粉碎作用更明顯,使粒徑分布更均勻,增加了催化劑的表面積,以及催化劑與反應(yīng)物的碰撞機(jī)率,促