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一种三甲氧基硅烷的合成方法技术

技术编号:14496651 阅读:77 留言:0更新日期:2017-01-29 20:01
本发明专利技术提供了一种三甲氧基硅烷的合成方法,包括如下步骤:步骤1、采用湿化学还原法制备纳米铜,步骤2、采用研磨法和微波预处理来制备硅粉‑纳米铜催化剂混合物,步骤3、采用固定床反应器制备三甲氧基硅烷。本发明专利技术的显著特征所采用的固定床反应器生产能力大,操作简便,适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固定床反应合成三甲氧基硅烷的技术,属于化学有机催化领域,特指一种三甲氧基硅烷的合成方法
技术介绍
三甲氧基硅烷(简称TMS)是生产硅烷偶联剂等的重要原料。它既含有可水解的硅氧烷键,又具有活泼的硅氢键,可以进行一系列的反应,如共聚合、共缩聚、歧化等反应,制得一系列高附加值的下游产品。这些产品广泛的用于制偶联剂、织物表面处理剂、隔热剂等的起始原料。TMS是制备有机硅材料的基本原料之一。目前,三甲氧基硅烷主要是由三氯硅烷和甲醇反应而得,此工艺复杂,收率低,反应过程中伴有大量的HCl产生,腐蚀设备,污染环境,成本较高,而且产物分离提纯较困难。研究发现三甲氧基硅烷可以由硅粉与甲醇在铜催化剂作用下直接反应而得到,反应式为:Si+CH3OH→HSi(OCH3)3+H2该反应最大的优点是原料价格低廉,工艺路线环保。已有的研究基本上都是采用液相反应和间歇反应装置,间歇反应装置的缺点是生产能力弱、不适合连续,而且间歇反应中反应液与催化剂接触时间过长,导致目标产物选择性下降。因此研究开发应用于该反应的连续反应具有重大意义。催化剂在直接法合成三甲氧基硅烷中占有特别重要的地位,经典的铜体系催化剂是目前所有试验过的催化剂中最有效最普遍的催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种甲醇与硅粉反应合成三甲氧基硅烷的方法,该方法以硅粉和甲醇为原料,采用纳米铜催化剂,该方法适用于常压固定床反应器。本专利技术是通过如下技术方案实现的:一种三甲氧基硅烷的合成方法,包括如下步骤:步骤1、采用湿化学还原法制备纳米铜:1-1、将Cu的前驱体和有机修饰剂溶于无水乙醇中,超声溶解,得到溶液,然后升温至60℃,逐滴滴加NaOH乙醇溶液,来调节溶液pH值为8,得混合液A;1-2、取水合肼溶于无水乙醇中制成水合肼稀溶液,将所述水合肼稀溶液逐滴加入到混合液A中,形成混合液B,并进行反应,反应结束后将制备的纳米铜冷却至30℃,得到纳米铜;步骤2、采用研磨法和微波预处理来制备硅粉-纳米铜催化剂混合物:2-1、将硅粉至于塑料烧杯中,加入氢氟酸搅拌反应,然后将反应物用去离子水和乙醇洗涤,洗涤后的硅粉置于真空干燥箱干燥,制得预处理好的硅粉;2-2、称取预处理好的硅粉、纳米铜置于研钵中研磨,用200目的筛子筛分,得到硅粉-纳米铜催化剂,将硅粉-纳米铜催化剂混合物移入微波炉中进行微波预处理,将预处理后的硅粉-纳米铜催化剂混合物于10MPa压片,过40~60目筛子,制得备用的硅粉-纳米铜催化剂混合物;步骤3、采用固定床反应器制备三甲氧基硅烷:将甲醇汽化,伴随载气进入装填有步骤2中所述硅粉-纳米铜催化剂混合物的固定床反应器中进行恒温气相催化反应,所述固定床反应器长20cm,内径0.5cm;冰水浴冷凝收集产物得到三甲氧基硅烷。步骤1-1中,制备混合液A时,所述Cu的前驱体为三水硝酸铜,所述有机修饰剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),所述三水硝酸铜、十六烷基三甲基溴化铵与无水乙醇的用量比为1.93g:0.193g:40mL;所使用的NaOH乙醇溶液中,NaOH在乙醇中的浓度为1.5mol/L。步骤1-2中,制备水合肼稀溶液时,所使用的水合肼的质量分数为85%,水合肼与乙醇的体积比为3:25;制备混合液B时,水合肼稀溶液中含有的无水乙醇与步骤1-1中所述的溶液中含有的无水乙醇的体积比为5:4。步骤2-1中,所使用的硅粉与氢氟酸的用量比为1g:1mL,搅拌反应的时间为3min,所述真空干燥温度为60℃,干燥时间为12h。步骤2-2中,所使用的纳米铜与预处理好的硅粉的质量比为1~10:100,所述的微波处理的时间为3min,微波功率为600W。步骤3中,所述恒温气相催化反应的温度为220~260℃,硅粉-纳米铜催化剂混合物装填量为4~8g,甲醇的进样流速为8mL/h,所使用的载气为N2,N2流速为20mL/min。有益效果:本专利技术的显著特征所采用的固定床反应器生产能力大,操作简便,适合工业化生产。在反应过程中催化剂具有良好的催化活性和稳定性。例如,使用本专利技术的催化剂,纳米铜和硅粉摩尔比为10%,反应温度240℃反应条件下,甲醇的单程转化率能达到66%,三甲氧基硅烷的选择性高达到88%。具体实施方式下面结合具体实施实例对本专利技术做进一步说明实施例1将1.93g三水硝酸铜和0.193gCTAB溶于40ml的无水乙醇中,超声30min全部溶解形成混合液,当混合液升温至60℃时,逐滴滴加1.5mol/LNaOH乙醇溶液,调节混合液pH值为8;然后逐滴滴加水合肼乙醇稀溶液(6ml85%的水合肼/50ml无水乙醇),并在磁力搅拌下反应2h,反应结束后冷却至30℃制备得到备用的纳米铜。首先将硅粉用氢氟酸进行预处理,去除硅粉表面的二氧化硅。取10g的硅粉至于塑料烧杯中,加入10mL氢氟酸搅拌反应3min,然后将反应物先用去离子水再用乙醇洗涤,洗涤后的硅粉置于60℃真空干燥箱干燥12h制得待用的硅粉。称取5g硅粉、0.25g纳米铜置于研钵中研磨,用200目的筛子筛分,将过筛的硅粉-纳米铜催化剂混合物移入微波炉中,微波处理3min,功率为600W;将预处理后的硅粉-纳米铜催化剂混合物于10MPa压片,过40-60筛子,制得备用的硅粉-纳米铜催化剂混合物。将甲醇经过汽化后(气化温度200℃)进入装载有步骤(2)中所述硅粉-纳米铜催化剂混合物的固定床反应器(长20cm,内径0.5cm)中进行气相催化反应,其中催化剂装填量为4g进样流速8mL/h,载气N2流速为20ml/min,反应在常压下进行,反应温度220-260℃,在给定温度下连续取样1h,冰水浴冷凝收集产物用气相色谱进行分析。催化反应的结果如下表所示:表1.5%Cu催化反应的甲醇转化率和TMS选择性实施例2同实施例1,仅将纳米Cu与Si粉的质量比改变为1%(即纳米Cu与Si粉的质量比为1:100),催化反应的结果如下表所示:表2.1%Cu催化反应的甲醇转化率和TMS选择性实施例3同实施例1,仅将纳米Cu与Si粉的质量比改变为3%(即纳米Cu与Si粉的质量比为3:100),催化反应的结果如下表所示:表3.3%Cu催化反应的甲醇转化率和TMS选择性实施例4同实施例1,仅将纳米Cu与Si粉的质量比改变为10%(即纳米Cu与Si粉的质量比为1:10),催化反应的结果如下表所示:表4.10%Cu催化反应的甲醇转化率和TMS选择性实施例5同实施例1,仅将纳米硅粉-纳米铜催化剂混合物装填量改变为4g,催化反应的结果如下表所示:表5.5%Cu催化反应的甲醇转化率和TMS选择性实施例6同实施例1,仅将纳米硅粉-纳米铜催化剂混合物装填量改变为8g,催化反应的结果如下表所示:表6.5%Cu催化反应的甲醇转化率和TMS选择性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三甲氧基硅烷的合成方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1、采用湿化学还原法制备纳米铜:1‑1、将Cu的前驱体和有机修饰剂溶于无水乙醇中,超声溶解,得到溶液,然后升温至60℃,逐滴滴加NaOH乙醇溶液,来调节溶液pH值为8,得混合液A;1‑2、取水合肼溶于无水乙醇中制成水合肼稀溶液,将所述水合肼稀溶液逐滴加入到混合液A中,形成混合液B,并进行反应,反应结束后将制备的纳米铜冷却至30℃,得到纳米铜;步骤2、采用研磨法和微波预处理来制备硅粉‑纳米铜催化剂混合物:2‑1、将硅粉至于塑料烧杯中,加入氢氟酸搅拌反应,然后将反应物用去离子水和乙醇洗涤,洗涤后的硅粉置于真空干燥箱干燥,制得预处理好的硅粉;2‑2、称取预处理好的硅粉、纳米铜置于研钵中研磨,用200目的筛子筛分,得到硅粉‑纳米铜催化剂,将硅粉‑纳米铜催化剂混合物移入微波炉中进行微波预处理,将预处理后的硅粉‑纳米铜催化剂混合物于10MPa压片,过40~60目筛子,制得备用的硅粉‑纳米铜催化剂混合物;步骤3、采用固定床反应器制备三甲氧基硅烷:将甲醇汽化,伴随载气进入装填有步骤2中所述硅粉‑纳米铜催化剂混合物的固定床反应器中进行恒温气相催化反应,所述固定床反应器长20cm,内径0.5cm;冰水浴冷凝收集产物得到三甲氧基硅烷。...

【技术特征摘要】
1.一种三甲氧基硅烷的合成方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1、采用湿化学还原法制备纳米铜:1-1、将Cu的前驱体和有机修饰剂溶于无水乙醇中,超声溶解,得到溶液,然后升温至60℃,逐滴滴加NaOH乙醇溶液,来调节溶液pH值为8,得混合液A;1-2、取水合肼溶于无水乙醇中制成水合肼稀溶液,将所述水合肼稀溶液逐滴加入到混合液A中,形成混合液B,并进行反应,反应结束后将制备的纳米铜冷却至30℃,得到纳米铜;步骤2、采用研磨法和微波预处理来制备硅粉-纳米铜催化剂混合物:2-1、将硅粉至于塑料烧杯中,加入氢氟酸搅拌反应,然后将反应物用去离子水和乙醇洗涤,洗涤后的硅粉置于真空干燥箱干燥,制得预处理好的硅粉;2-2、称取预处理好的硅粉、纳米铜置于研钵中研磨,用200目的筛子筛分,得到硅粉-纳米铜催化剂,将硅粉-纳米铜催化剂混合物移入微波炉中进行微波预处理,将预处理后的硅粉-纳米铜催化剂混合物于10MPa压片,过40~60目筛子,制得备用的硅粉-纳米铜催化剂混合物;步骤3、采用固定床反应器制备三甲氧基硅烷:将甲醇汽化,伴随载气进入装填有步骤2中所述硅粉-纳米铜催化剂混合物的固定床反应器中进行恒温气相催化反应,所述固定床反应器长20cm,内径0.5cm;冰水浴冷凝收集产物得到三甲氧基硅烷。2.根据权利要求1所述的一种三甲氧基硅烷的合成方法,其特征在于,步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员:卢志鹏殷恒波薛武平王爱丽胡靖
申请(专利权)人:江苏大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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