本方案屬于精細(xì)化學(xué)品制備，具體涉及一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法。

背景技術(shù)：

1、碳酸二甲酯(dmc)是一種應(yīng)用十分廣泛的有機(jī)化合物，其分子式為c3h6o3。由于其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)和低毒性，dmc在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。dmc是一種優(yōu)良的溶劑，廣泛應(yīng)用于涂料、膠粘劑、醫(yī)藥、農(nóng)藥等領(lǐng)域。它可以溶解多種有機(jī)物和無機(jī)物，且揮發(fā)速度適中，有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

2、dmc還可以提高汽油的辛烷值，改善燃燒性能，減少尾氣排放。dmc是生產(chǎn)聚碳酸酯(pc)的重要原料之一，pc是一種高性能工程塑料，廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車制造、建筑材料等領(lǐng)域。dmc還被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池(libs)和超級電容器的電解液中。它具有良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，有助于提高電池的性能和壽命。

3、參見現(xiàn)有公開(公告)號為cn106946706b的文獻(xiàn)中公開了一種通過二氧化碳和甲醇直接反應(yīng)制備碳酸二甲酯的方法，將甲醇、n,n-二烷基咪唑碳酸氫鹽離子液體和二氧化碳置于高壓釜內(nèi)，二氧化碳的壓力為0.1至5mpa，在室溫至100℃溫度下，以n,n-二烷基咪唑碳酸氫鹽離子液體為催化劑和脫水劑，不斷攪拌，直接反應(yīng)制得碳酸二甲酯；反應(yīng)結(jié)束后，蒸餾移出碳酸二甲酯、甲醇。

4、通過二氧化碳和甲醇直接反應(yīng)制備碳酸二甲酯的方法具有原料價格低廉、原子利用率高、反應(yīng)物和產(chǎn)物綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但由二氧化碳與甲醇反應(yīng)生成碳酸二甲酯的過程受熱力學(xué)平衡的限制。在沒有添加深共熔溶劑的情況下，該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率低于均較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本方案的目的是提供一種納米氧化鈰直接催化二氧化碳和甲醇反應(yīng)制備碳酸二甲酯的方法，以解決現(xiàn)有碳酸二甲酯制備方法轉(zhuǎn)化率低的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本方案提供一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法，其特征在于，包括如下步驟：

3、步驟s10：稱取納米氧化鈰、甲醇和深共熔溶劑；

4、步驟s20：將稱量的納米氧化鈰、甲醇和深共熔溶劑放入燒杯中攪拌混合；

5、步驟s30：將混合后的溶液加入到反應(yīng)釜中，并通入二氧化碳置換反應(yīng)釜中的空氣，然后對反應(yīng)釜加熱；

6、步驟s40：待反應(yīng)釜冷卻至常溫，泄壓取出碳酸二甲酯。

7、進(jìn)一步，所述步驟s30的加熱溫度為80℃～140℃；所述步驟s30的反應(yīng)時間為2h～16h。

8、進(jìn)一步，所述步驟s30的中二氧化碳壓力為1mpa～6mpa。

9、進(jìn)一步，所述步驟s30中二氧化碳初始壓力為3mpa，反應(yīng)溫度為100℃，反應(yīng)時間為4h。

10、進(jìn)一步，所述甲醇、深共熔溶劑、納米氧化鈰的摩爾比為0.025～0.3：0.05：0.001～0.006。

11、進(jìn)一步，所述深共熔溶劑通過氫鍵供體與氫鍵受體混合并反應(yīng)，得到所述深共熔溶劑。

12、進(jìn)一步，所述氫鍵供體包括對甲苯磺酸、對甲苯磺酸一水合物、甲基磺酸、三氟甲基磺酸、甲酸、醋酸、乙二酸中的一種或多種。

13、進(jìn)一步，所述氫鍵受體包括左旋肉堿、尿素、乙酰胺、苯甲酰胺、4-氨基甲苯-3-磺酸、4-吡啶甲酸、脯氨酸、2-吡啶甲酸中的一種或多種。

14、本方案的有益效果在于：本發(fā)明通過加入深共熔溶劑，使反應(yīng)中的水和產(chǎn)物分離，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行并實(shí)現(xiàn)均相反應(yīng)和非均相分離，可使甲醇的最高轉(zhuǎn)化率達(dá)到49.70％，碳酸二甲酯的選擇性超過了99％。

15、進(jìn)一步，所述反應(yīng)釜包括釜體以及設(shè)于釜體內(nèi)的攪拌組件，所述攪拌組件包括送氣管、連接管和攪拌管，所述送氣管的進(jìn)氣端連接有高壓氣源，所述送氣管的出氣端與連接端管的一端連通，所述連接管的自由端與攪拌管的一端連通，所述攪拌管的自由端開設(shè)有出氣口；所述連接管和攪拌管均為柔性材質(zhì)制成的；所述連接管為沿送氣管中軸線旋轉(zhuǎn)一圈后的連接管，所述連接管和攪拌管充滿氣體后，連接管沿送氣管中軸線復(fù)位轉(zhuǎn)動一圈。

16、本方案的原理及效果在于：(1)在反應(yīng)釜內(nèi)置換空氣時，現(xiàn)有技術(shù)通過在釜蓋位置開設(shè)氣體孔口，將氣體通入釜內(nèi)以置換空氣。然而，這種方法存在一些問題。首先，通入的氣體在出口位置容易形成局部高濃度區(qū)域，因?yàn)闅怏w從單一的出口進(jìn)入后，會沿著阻力最小的路徑擴(kuò)散，通常向上或沿著釜壁流動，而不是均勻地分布在整個釜內(nèi)空間。其次，當(dāng)出氣口離物料液面較遠(yuǎn)時，在到達(dá)物料液面之前，氣體一部分已經(jīng)與釜內(nèi)的空氣混合，氣體需要更長的時間和更大的流量才能到達(dá)物料附近，這導(dǎo)致物料附近的空氣置換效率差?？蓞⒁姮F(xiàn)有公開(公告)號為cn106390887b的氣體置換裝置及反應(yīng)釜系統(tǒng)。(2)本方案中，由于連接管和攪拌管均為柔性材質(zhì)制成的，在釜體內(nèi)倒入反應(yīng)溶液后，連接管和攪拌管受溶液浮力的作用，會漂浮在溶液表面，從而使攪拌管出氣口的位置調(diào)整到接近反應(yīng)釜物料液面位置，從而提高了空氣的置換效率和效果。(3)由于送氣管連接有高壓氣源，可以將高壓的二氧化碳通過送氣管送入到連接管和攪拌管內(nèi)，且當(dāng)氣體充盈攪拌管后從攪拌管的出氣口噴出。由于連接管為沿送氣管中軸線旋轉(zhuǎn)一圈后的連接管，攪拌管和連接管內(nèi)都充滿氣體后，攪拌管會沿送氣管的中軸線旋轉(zhuǎn)一圈，從而對液面進(jìn)行攪拌。同時，由于在旋轉(zhuǎn)的過程中，出氣口一直在向液面噴出二氧化碳，并且氣泡在攪拌管的旋轉(zhuǎn)下，會使氣泡破裂，形成多個氣泡，從而增加二氧化碳與氣體的反應(yīng)面積，增大二氧化碳與溶液的吸收效率。在攪拌管轉(zhuǎn)動至初始位置后，由于二氧化碳從出氣口被排出，使得連接管和攪拌管未達(dá)到充盈狀態(tài)，從而使得連接管又被旋鈕，周而復(fù)始，從而使得攪拌管可以在通入二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行置換的同時，對水體進(jìn)行周期性的攪拌。

17、進(jìn)一步，所述送氣管為波紋管；所述出氣口的出口端朝向釜體的底部；所述出氣口的出氣端設(shè)有單向閥。

18、本方案的原理及效果在于：(1)將送氣管設(shè)置成波紋管使得連接管和攪拌管可以跟隨溶液液面的高度上下移動，使得攪拌管漂浮在液面上，且使出氣口靠近液面，從而提高了空氣的置換效率和效果。(2)出氣口的出氣端朝向釜體的底部使得從出氣口噴出的二氧化碳可以噴吹至液面上，從而使液面產(chǎn)生更多的氣泡，在攪拌管的作用下，使二氧化碳與溶液的吸收率更高。(3)設(shè)置單向閥避免溶液進(jìn)入到攪拌管內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法，其特征在于：所述步驟s30的加熱溫度為80℃～140℃；所述步驟s30的反應(yīng)時間為2h～16h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法，其特征在于：所述步驟s30的中二氧化碳壓力為1mpa～6mpa。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法，其特征在于：所述步驟s30中二氧化碳初始壓力為3mpa，反應(yīng)溫度為100℃，反應(yīng)時間為4h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法，其特征在于：所述甲醇、深共熔溶劑、納米氧化鈰的摩爾比為0.025～0.3：0.05：0.001～0.006。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法，其特征在于：所述深共熔溶劑通過氫鍵供體與氫鍵受體混合并反應(yīng)，得到所述深共熔溶劑。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法，其特征在于：所述氫鍵供體包括對甲苯磺酸、對甲苯磺酸一水合物、甲基磺酸、三氟甲基磺酸、甲酸、醋酸、乙二酸中的一種或多種。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法，其特征在于：所述氫鍵受體包括左旋肉堿、尿素、乙酰胺、苯甲酰胺、4-氨基甲苯-3-磺酸、4-吡啶甲酸、脯氨酸、2-吡啶甲酸中的一種或多種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法，其特征在于：所述反應(yīng)釜包括釜體(1)以及設(shè)于釜體(1)內(nèi)的攪拌組件(2)，所述攪拌組件(2)包括送氣管(21)、連接管(22)和攪拌管(23)，所述送氣管(21)的進(jìn)氣端連接有高壓氣源，所述送氣管(21)的出氣端與連接端管(22)的一端連通，所述連接管(22)的自由端與攪拌管(23)的一端連通，所述攪拌管(23)的自由端開設(shè)有出氣口(231)；所述連接管(22)和攪拌管(23)均為柔性材質(zhì)制成的；所述連接管(22)為沿送氣管(21)中軸線旋轉(zhuǎn)一圈后的連接管(22)，所述連接管(22)和攪拌管(23)充滿氣體后，連接管(22)沿送氣管(21)中軸線復(fù)位轉(zhuǎn)動一圈。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法，其特征在于：所述送氣管(21)為波紋管；所述出氣口(231)的出口端朝向釜體(1)的底部；所述出氣口(231)的出氣端設(shè)有單向閥。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于精細(xì)化學(xué)品制備技術(shù)領(lǐng)域，公開一種納米氧化鈰催化二氧化碳和甲醇直接制備碳酸二甲酯的方法，包括如下步驟：步驟S10：稱取納米氧化鈰、甲醇和深共熔溶劑；步驟S20：將稱量的納米氧化鈰、甲醇和深共熔溶劑放入燒杯中攪拌混合；步驟S30：將混合后的溶液加入到反應(yīng)釜中，并通入二氧化碳置換反應(yīng)釜中的空氣，然后對反應(yīng)釜加熱；步驟S40：待反應(yīng)釜冷卻至常溫，泄壓取出碳酸二甲酯；本方案通過加入深共熔溶劑，使反應(yīng)中的水和產(chǎn)物分離，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行并實(shí)現(xiàn)均相反應(yīng)和非均相分離，可使甲醇的最高轉(zhuǎn)化率達(dá)到49.70％，碳酸二甲酯的選擇性超過了99％；本發(fā)明解決了現(xiàn)有的碳酸二甲酯制備方法轉(zhuǎn)化率低的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：劉殿華,曹祥民,李榮,范東剛,麻小軍,唐復(fù)興,馬奎,胡召芳,丁志福,高志平,王浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：新疆中泰新材料股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8