一种高效催化吸水材料的制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高效催化吸水材料的制备方法，采用高压均质和超声技术制备稳定存在的催化剂分散液，与凝胶基质均匀混合，热交联与冷冻

【技术实现步骤摘要】
一种高效催化吸水材料的制备及应用


[0001]本专利技术涉及催化剂领域，尤其涉及一种高效催化、高吸水率的复合材料的制备及其用途。

技术介绍

[0002]碳酸二甲酯（DMC）由于其分子结构中含有甲基、甲氧基、羰基等基团，被视为光气、氯甲烷、硫酸二甲酯等高毒性和危险性物质的优质替代品，来进行羰基化、甲基化、甲酯化及酯交换等反应，获得高附加值的下游产品。目前被广泛应用于电子化学品、农药、医药、食品添加剂、车用燃料等众多领域，被誉为21世纪有机合成的“新基块”。DMC应用价值巨大，未来市场潜力无限。
[0003]目前DMC的合成方式主要有光气法、甲醇氧化羰基化法、酯交换法、尿素醇解法、以及CO2与甲醇直接合成法。光气法由于反应原料剧毒，且对设备腐蚀严重，已被逐步放弃使用。甲醇氧化羰基法的原料CO与O2在工艺过程存在极大的安全隐患，也逐步被取代。现阶段主要使用酯交换法、尿素醇解法、以及CO2与甲醇直接合成法来生产DMC。其中酯交换法与CO2与甲醇直接合成法均采用CO2作为原料。原料易得，成本低廉，且有益于环境保护。
[0004]由于CO2的过量排放，造成温室效应，引发全球各界人士的广泛关注。CO2与甲醇直接合成DMC，副产物只有水，过程清洁友好，不仅可以实现了减排CO2，同时成功的实现了对CO2的资源化清洁利用，是绿色化学品转化的重要途经。目前该工艺路径得到了国内外的广泛关注，具有极大的研究开发价值。其反应路径如下。
[0005]该反应过程中由于CO2分子的热力学稳定性较高，导致该反应平衡转化率较低，因此DMC收率也普遍较低，这是CO2与甲醇直接合成DMC所面临的最主要的问题。针对这一问题研发人员开发一系列催化剂提高DMC产率。
[0006]负载型催化剂：Min Xiao等
[1]制备了V掺杂活性炭负载的Cu
‑
Ni双金属催化剂，并将其用于CH3OH和CO2直接合成碳酸二甲酯(DMC)，当V含量为3 wt%时，CH3OH转化率为7.76%，DMC的选择性为89.9%。钟顺和等
[2]通过表面改性法获得负载型Sn2(OMe)4/SiO2双核桥联配合物催化剂，结果显示其在特定条件下，CH3OH的转化率可达到5.1%，同时DMC的选择性接近100%。但是该催化剂的使用条件较为苛刻，条件对于实验结果的影响较大；[1] Bian J, Xiao M, Wang S, et al. Direct synthesis of DMC from CH3OH and CO
2 over V
‑
doped Cu
–
Ni/AC catalysts[J]. Catalysis Communications, 2009, 10(8): 1142
‑
1145，钟顺和, 程庆彦, 黎汉生. 负载型Sn2(OMe)4/SiO2催化剂的制备及其催化 CO2与CH3OH直接合成碳酸二甲酯的性能[J]. 催化学报, 2002, 23(6): 543
‑
548.金属氧化物催化剂：Ikeda
[3]采用浸渍的方法用磷酸对ZrO2进行改性，结果发现改性后催化剂的活性显著提高，反应温度由673 K降低到403 K。同时进一步研究
[4]，发现引入
适当含量的磷酸，四方相P与Zr之间的相互作用可以产生弱Bronsted酸碱位，达到活化CH3OH的目的，从而显著提高CH3OH的转化率，提高DMC产率；[3] keda Y, Sakaihori T, Tomishige K, et al. Promoting effect of phosphoric acid on zirconia catalysts in selective synthesis of dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide[J]. Catalysis letters, 2000, 66(1): 59
‑
62，[4] eda Y, Asadullah M, Fujimoto K, et al. Structure of the active sites on H3PO4/ZrO
2 catalysts for dimethyl carbonate synthesis from methanol and carbon dioxide[J]. The Journal of Physical Chemistry B, 2001, 105(43): 10653
‑
10658.杂多酸催化剂：La
[5, 6]等采用溶胶凝胶法对Ce
x
Ti1‑
x
O2催化剂进行改性，H3PW
12
O
40
/Ce
x
Ti1‑
x
O2相比CexTi1‑
x
O2具有更好的催化效果，他们认为是H3PW
12
O
40
提供的Bronsted酸位与CexTi1‑
x
O2提供的碱性位共同作用的效果，而且催化活性会随着表面酸性位和碱性位数量的增加而提高。H3PW
12
O
40
/Ce
0.1
Ti
0.9
O2在170℃催化合成反应12 h时，具有高度选择性，DMC的生成量为5 mmol。结果显示，随着相对酸度的增加，其催化活性越强，[5] La K W, Song I K. Direct synthesis of dimethyl carbonate from CH3OH and CO
2 by H3PW
12
O
40
/Ce
x Ti1‑
x
O
2 catalyst[J]. Reaction Kinetics and Catalysis Letters, 2006, 89(2): 303
‑
309.[6] La K W, Jung J C, Kim H, et al. Effect of acid
–
base properties of H3PW12O40/CexTi1
−ꢀ
xO2 catalysts on the direct synthesis of dimethyl carbonate from methanol and carbon dioxide: A TPD study of H3PW
12
O
40
/Ce
x
Ti1−ꢀ
x
O
2 catalysts[J]. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2007, 269(1
‑
2): 41
‑
45.醋酸盐催化剂：Ba本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效催化吸水材料的制备及用途，其特征在于，催化剂占总质量的0.01%~10.0%；分散剂占总质量的0.1%~15.0%；凝胶基质占总质量的2.0%~25.0%；其余为去离子水。2.根据权利要求1所述的一种高效催化吸水材料的制备及用途，其特征在于，分两步制备，步骤和条件如下：催化剂分散液的制备：采用高压均质与超声技术制备不同浓度与组成的催化剂分散液；新型吸水材料的制备：凝胶基质质量（g）与水体积（mL）的比为1:4~1:19，90℃充分搅拌溶解，将上述催化剂分散液与凝胶溶液质量比1:4~1:8，通过搅拌和超声技术将催化剂分散液和凝胶溶液混合热交联，经反复冷冻
‑
解冻后制备新型吸水材料。3.根据权利要求2所述的一种高效催化吸水材料的制备及用途，其特征在于：可用于CO2与甲醇合成碳酸二甲酯(DMC)，促进反应正向进行，提高DMC产率。4.根据权利要求2所述的一种高效催化吸水材料的制备及用途，其特征在于：所选用的催化剂径向尺寸为350 μm~1 μm，催化剂占原料总质量的0.01%~10.0%。5.根据权利要求2所述的一种高效催化吸水材料的制备及用途，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巍，马敬英，杜文桥，杨佳垚，胡雨萌，陈博，张龙，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：