对苯二甲酸+4-羧基苯甲醛+对甲基苯甲酸+N-甲基吡咯烷酮四元体系相平衡及分子相互作用机制的量子化学研究

本研究针对工业纯化对苯二甲酸(TA)过程中4-羧基苯甲醛(4-CBA)和对甲基苯甲酸(p-TLA)杂质去除难题，通过等温溶解法测定TA+4-CBA+p-TLA+NMP四元体系在298.15 K下的相平衡数据，结合J?neck法和Schreinemaker湿残渣技术构建相图，发现TA·2NMP加合物的结晶区域显著大于杂质，并通过NRTL模型(均方根偏差0.14632)和量子化学分析揭示了范德华力在加合物形成中的关键作用，为溶剂加合结晶分离工艺提供理论依据。

　　

在聚酯纤维工业中，对苯二甲酸(TA)作为关键原料，其纯度直接影响产品质量。然而，TA生产过程中产生的4-羧基苯甲醛(4-CBA)和对甲基苯甲酸(p-TLA)杂质难以去除，传统氢化法成本高昂。溶剂加合结晶技术自1960年代起成为工业分离TA的有效手段，但缺乏系统的相平衡理论支撑。盐城工业职业技术学院的研究团队在《The Journal of Chemical Thermodynamics》发表的研究，首次揭示了TA+4-CBA+p-TLA+NMP四元体系的相行为机制。

研究采用等温溶解饱和法测定298.15 K下溶解度数据，结合J?neck投影法构建相图，运用Schreinemaker湿残渣技术鉴定固相组成，通过NRTL模型进行热力学关联，并采用基于Hirshfeld分割的独立梯度模型(IGM)分析分子间作用力。

热性质分析
热重分析显示TA·2NMP加合物在320-410 K分解，质量损失54.16%与理论NMP含量(54.41%)吻合，证实其热不稳定性。差示扫描量热法(DSC)揭示了TA的熔融特性。

结论
研究发现该四元体系存在三个纯固体结晶区(TA·2NMP、4-CBA、p-TLA)、三条共饱和曲线和一个不变点。TA·2NMP结晶区域显著大于杂质，NRTL模型计算与实验数据高度吻合(相对平均偏差5.01%)。量子化学分析表明范德华力是TA·2NMP加合物形成的主要驱动力。该研究不仅为工业分离TA提供了相平衡理论基础，还从分子层面阐释了加合结晶机制，对优化聚酯原料纯化工艺具有重要指导意义。

讨论
相比传统三元体系研究，该工作首次构建完整四元相图，证实NMP溶剂对TA的选择性结晶能力。加合物的热不稳定性提示工业中需严格控制分解温度。未来研究可拓展至不同温度/溶剂体系，进一步验证NRTL模型的普适性。