一种制备甲酸的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备甲酸的方法，其包括如下步骤：将二氧化碳或碳酸盐、雷尼铜催化剂和水混合后，调节pH值为8～12，在氢气氛中，于120～200℃下进行反应，待反应结束后，进行固液分离，收集滤液，得到甲酸水溶液。与现有技术相比，本发明专利技术具有如下的有益效果：1、利用雷尼铜催化氢化CO2及碳酸盐制备甲酸的方法，原料来源广泛(如工业废气、汽车尾气等)、价格便宜，无毒无需消耗化石能源，可有效减少CO2排放；2、使用水作反应溶剂，无毒无害，绿色环保。3、反应物、溶剂无毒无害，绿色环保，对环境造成的污染小；4、使用的雷尼铜催化剂廉价、容易制备；5、甲酸最高产率可达86.1％，选择性好，无反应副产物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备甲酸的方法，属于能源化工

技术介绍
当今人类面临全球气候变暖，能源短缺与环境恶化的危机，化石能源的过度消耗，排放了大量二氧化碳，导致全球碳循环失衡和全球气候变暖。而CO2本身是一种廉价、清洁、无毒、安全的碳资源，因此对CO2的资源化利用生产高附加值化工产品，不仅可以有效减少CO2排放，也可以减少对化石能源的依赖，促进碳资源的和谐循环。近年来，CO2的催化转化已经受到人们越来越多的关注，CO2催化加氢是CO2资源化的常用手段，而通常所使用的催化剂如Pd、Rh、Ir、Ru等贵金属催化剂，制作工艺复杂且成本高。因此开发制备简单的环境友好的廉价金属催化剂促进CO2加氢产高附加值化工产品(如甲酸)势在必行。利用氢氧化钠溶液吸收CO2可得到相应碳酸盐，利用碳酸盐作为CO2源来生产化工产品是一种常用的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种雷尼铜催化氢化CO2及碳酸盐制备甲酸的方法。该方法转化效率高，产物选择性好，无需使用复杂难制备的贵金属催化剂，操作简单，使用水作溶剂对环境污染小，能耗低，有利于工业化生产。产物甲酸是重要的化工原料，可被广泛应用于生产农药、防腐剂、消毒剂、作天然橡胶凝聚剂、制药等，是一种重要的中间化学品和化工原料。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种制备甲酸的方法，其包括如下步骤：将二氧化碳或碳酸盐、雷尼铜催化剂和水混合后，调节pH值为8～12，在氢气氛中，于120～200℃下进行反应，待反应结束后，进行固液分离，收集滤液，得到甲酸水溶液。作为优选方案，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的至少一种。作为优选方案，所述氢气氛的压强为1.5～7.5MPa。作为优选方案，所述二氧化碳和雷尼铜催化剂的摩尔比为1：(0.47～1.10)。雷尼铜催化剂的摩尔数以铜的物质为准。作为优选方案，所述雷尼铜催化剂是通过氢氧化钠溶液对CuAlZn合金进行腐蚀得到的。作为优选方案，所述氢氧化钠溶液的浓度为10～30wt％。作为优选方案，所述CuAlZn合金中，Cu、Al、Zn的质量比为50：45：5。作为优选方案，所述水的填充率为10％。作为优选方案，所述固液分离的方法为过滤。本专利技术中，雷尼铜催化剂的表面具有多孔结构，可以有效地吸附氢气，利用氢气来活化碳酸氢根离子的碳氧双键，脱水得到甲酸，反应原理如下式所示：因此，与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、利用雷尼铜催化氢化CO2及碳酸盐制备甲酸的方法，原料来源广泛(如工业废气、汽车尾气等)、价格便宜，无毒无需消耗化石能源，可有效减少CO2排放；2、使用水作反应溶剂，无毒无害，绿色环保；3、反应物、溶剂无毒无害，绿色环保，对环境造成的污染小；4、使用的雷尼铜催化剂廉价、容易制备；5、甲酸最高产率可达86.1％，选择性好，无反应副产物。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中实施例1的产物的HPLC谱图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术中各实施例使用的雷尼铜催化剂是通过20wt％的氢氧化钠水溶液对CuAlZn合金进行腐蚀得到的。实施例1本实施例涉及一种雷尼铜催化氢化CO2制备甲酸的方法，反应方程式如下：所述方法包括如下步骤：依次将CO2(1mmol)、雷尼铜(50mg)装入Teflon内衬的高压反应釜中，加水使反应器填充率为10％，用氢氧化钠调节上述溶液pH为8.3，将反应釜密封并充入3MPa氢气，反应温度为200℃，反应时间120min，反应后取出混合物过滤甲酸盐。所得的甲酸盐可以通过酸解、蒸馏可得甲酸。将反应后对产物进行定性、定量分析，定性分析表明，如图1所示，甲酸为主要产物，定量分析表明，产率最高可达77.2％。工业应用上按需求采用合适的高压反应釜，可以控制反应温度为120～200℃，水填充率在10％，反应60～420min。通过此反应，可将CO2大量转化为甲酸，操作简便易行且选择性好。其中，回收后的雷尼铜用去离子水洗涤以后，可以重复使用，从而进一步降低了成本。实施例2本实施例涉及一种雷尼铜催化氢化CO2制备甲酸的方法，反应方程式如下：所述方法包括如下步骤：依次将CO2(1mmol)、雷尼铜(50mg)装入Teflon内衬的高压反应釜中，加水使反应器填充率为10％，用氢氧化钠调节上述溶液pH为8.3，将反应釜密封并充入6MPa氢气，反应温度为170℃，反应时间120min，反应后取出混合物过滤甲酸盐。所得的甲酸盐可以通过酸解、蒸馏可得甲酸。将反应后对产物进行定性、定量分析，定性分析表明，甲酸为主要产物，定量分析表明，产率最高可达37.4％。工业应用上按需求采用合适的高压反应釜，可以控制反应温度为120～200℃，水填充率在10％，反应60～420min。通过此反应，可将CO2大量转化为甲酸，操作简便易行且选择性好。其中，回收后的雷尼铜用去离子水洗涤以后，可以重复使用，从而进一步降低了成本。实施例3本实施例涉及一种雷尼铜催化氢化NaHCO3制备甲酸的方法，反应方程式如下：所述方法包括如下步骤：依次将NaHCO3(1mmol)、雷尼铜(60mg)装入Teflon内衬的高压反应釜中，加水使反应器填充率为10％，将反应釜密封并充入3MPa氢气，反应温度为200℃，反应时间120min，反应后取出混合物过滤甲酸盐。所得的甲酸盐可以通过酸解、蒸馏可得甲酸。将反应后对产物进行定性、定量分析，定性分析表明，甲酸为主要产物，定量分析表明，产率最高可达69.2％。工业应用上按需求采用合适的高压反应釜，可以控制反应温度为120～200℃，水填充率在10％，反应60～420min。通过此反应，可将NaHCO3大量转化为甲酸，操作简便易行且选择性好。其中，回收后的雷尼铜用去离子水洗涤以后，可以重复使用，从而进一步降低了成本。实施例4本实施例涉及一种雷尼铜催化氢化NaHCO3制备甲酸的方法，反应方程式如下：所述方法包括如下步骤：依次将NaHCO3(1mmol)、雷尼铜(50mg)装入Teflon内衬的高压反应釜中，加水使反应器填充率为10％，将反应釜密封并充入6MPa氢气，反应温度为200℃，反应时间120min，反应后取出混合物过滤甲酸盐。所得的甲酸盐可以通过酸解、蒸馏可得甲酸。将反应后对产物进行定性、定量分析，定性分析表明，甲酸为主要产物，定量分析表明，产率最高可达82.4％。工业应用上按需求采用合适的水热反应器，可以控制反应温度为120～200℃，水填充率在10％，反应60～420min。通过此反应，可将NaHCO3大量转化为甲酸，操作简便易行且选择性好。其中，回收后的雷尼铜用去离子水洗涤以后，可以重复使用，从而进一步降低了成本。实施例5本实施例涉及一种雷尼铜催化氢化NaHCO3制备甲酸的方法，反应方程式如下：所述方法包括如下步骤：依次将NaHCO3(1mmol)、雷尼铜(50mg)装入Teflon内衬的高压反应釜中，加水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备甲酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：将二氧化碳或碳酸盐、雷尼铜催化剂和水混合后，调节pH值为8～12，在氢气氛中，于120～200℃下进行反应，待反应结束后，进行固液分离，收集滤液，得到甲酸水溶液。

【技术特征摘要】
1.一种制备甲酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：将二氧化碳或碳酸盐、雷尼铜催化剂和水混合后，调节pH值为8～12，在氢气氛中，于120～200℃下进行反应，待反应结束后，进行固液分离，收集滤液，得到甲酸水溶液。2.如权利要求1所述的制备甲酸的方法，其特征在于，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的至少一种。3.如权利要求1所述的制备甲酸的方法，其特征在于，所述氢气氛的压强为1.5～7.5MPa。4.如权利要求1所述的制备甲酸的方法，其特征在于，所述二氧化碳和雷尼铜催化剂的摩尔比为1:(0...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍志保，孙桦，任德章，金放鸣，姜乃萌，姚国栋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31