一種鎂鋁鑭復合氧化物催化合成碳酸甲乙酯的方法技術

一種鎂鋁鑭復合氧化物催化合成碳酸甲乙酯的方法，以碳酸二甲酯與碳酸二乙酯為原料在鎂鋁鑭復合氧化物的催化作用下合成得到碳酸甲乙酯，其特征在于，所述鎂鋁鑭復合氧化物是以鎂鋁鑭類水滑石在400～600℃下焙燒2～8?h所得產(chǎn)物，所述鎂鋁鑭類水滑石的結構通式為：Mg

Method for synthesizing methyl ethyl carbonate by magnesium aluminium lanthanum composite oxide catalyst

A method of synthesis of lanthanum magnesium carbonate composite oxide catalyst has been synthesized from ethyl methyl, ethyl methyl carbonate in the catalysis of magnesium lanthanum oxides with dimethyl carbonate two and two ethyl carbonate, which is characterized in that the mg Al La composite oxide mg Al hydrotalcite with LA at 400 ~ 600 C 2 roasting ~ 8 h of the product, the general structure of La mg Al hydrotalcite is Mg

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種鎂鋁鑭復合氧化物催化合成碳酸甲乙酯的方法
本專利技術涉及催化合成碳酸甲乙酯的方法，特別涉及一種鎂鋁鑭復合氧化物催化合成碳酸甲乙酯的方法。
技術介紹
碳酸甲乙酯是一種環(huán)境友好的不對稱有機碳酸酯，主要用作有機合成中間體和溶劑，特別是用作鋰離子電池中電解質(zhì)的溶劑。與傳統(tǒng)鋰離子電池電解質(zhì)溶劑相比，碳酸甲乙酯的優(yōu)點在于能提高電池的能量密度和放電容量，提升安全性能，延長使用壽命，且具有良好的低溫使用性能等。根據(jù)使用原料的不同，EMC的合成路線主要有以下三條：(1)、氯甲酸甲酯和乙醇酯交換法；(2)、碳酸二甲酯和乙醇酯交換法；(3)、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯酯交換法。路線（1）中原料氯甲酸甲酯毒性較大，且反應副產(chǎn)強腐蝕性的HCl，因此逐步被淘汰。路線（2）的反應產(chǎn)物中會形成碳酸二甲酯-甲醇、碳酸二乙酯-乙醇、碳酸甲乙酯-乙醇等共沸體系，產(chǎn)物分離提純的難度非常高。同時，鋰離子電池溶劑對醇類的含量要求非常嚴格（甲醇≦0.032mg/ml,乙醇≦0.029mg/ml）。上述原因使路線（2）的應用受到限制。路線（3）是近年來最受關注的碳酸甲乙酯合成路線，它的優(yōu)點是反應原料及產(chǎn)物均可作為鋰離子電池電解質(zhì)溶劑，因此無需分離就可直接使用，電解質(zhì)溶劑要求的三種酯的比例可以通過原料配比及控制反應進行的程度來調(diào)整。碳酸二甲酯與碳酸二乙酯酯交換合成碳酸甲乙酯工藝路線的關鍵技術在于高效催化劑的開發(fā)。近年來，國內(nèi)外研究機構及大型鋰電池生產(chǎn)廠商開始關注此方面的研究。文獻報道了金屬有機化合物、堿性離子液體、負載型金屬氧化物、分子篩和金屬有機框架材料等類型催化劑。2003年，沈振陸等（CatalysisLetters,2003,91,63-67）發(fā)現(xiàn)固體堿MgO對上述反應具有較高的催化活性。2007年，陳英等（天津大學學報,2007,40,285-288）發(fā)現(xiàn)以Mg-Al復合金屬氧化物為催化劑時，在碳酸二甲酯與碳酸二乙酯的物質(zhì)的量之比為1：1，反應溫度103℃，時間4h的條件下，碳酸甲乙酯的收率為45.8%。結果表明Mg-Al復合金屬氧化物的催化活性有待提高，需要較長的反應時間才能使反應接近平衡。2010年，賈明君等（JournalofMolecularCatalysisA:Chemical,2010,327,32–37）等開發(fā)了介孔炭NC-2負載的MgO催化劑，在催化劑用量4wt%，反應溫度103℃，時間0.5h的條件下，碳酸甲乙酯的收率即可達到49.3%。2014年，王軍等（CatalysisLetters,2014,144,1602-1608）采用氣相蒸發(fā)誘導法制備了具有介孔結構的鋁酸鎂尖晶石催化材料，在催化劑用量5wt%，反應溫度103℃，時間0.5h的條件下，碳酸甲乙酯的收率為49.0%。盡管現(xiàn)有技術中采用的MgO/NC-2與鋁酸鎂尖晶石可以在較短的時間內(nèi)促進反應達到平衡狀態(tài)，但它們的制備過程復雜，價格昂貴，難以實現(xiàn)大規(guī)模應用。因此，開發(fā)一種具有高活性、高穩(wěn)定性、制備過程簡單、價格低廉且易于分離的多相催化材料仍然是本領域的技術人員急需解決的技術問題。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種鎂鋁鑭復合氧化物催化合成碳酸甲乙酯的方法，該方法所涉及的催化劑制備過程簡單，價格低廉，易于分離且具有良好的重復使用性能，產(chǎn)物的收率高。本專利技術提供的一種鎂鋁鑭復合氧化物催化合成碳酸甲乙酯的方法，以碳酸二甲酯與碳酸二乙酯為原料在鎂鋁鑭復合氧化物的催化作用下合成得到碳酸甲乙酯，其特征在于，所述鎂鋁鑭復合氧化物是以鎂鋁鑭類水滑石在400～600℃下焙燒2～8h所得產(chǎn)物，所述鎂鋁鑭類水滑石的結構通式為：Mg2+1-x-yAl3+xLa3+y(OH)2(CO32-)(x+y)/2·mH2O，其中，0.2≦x+y≦0.5，1≦x/y≦9，m為結晶水數(shù)目，1≦m≦8。進一步的，所述鎂鋁鑭類水滑石的制備過程包括步驟：（1）按照鎂鋁鑭類水滑石組成中Mg2+、Al3+和La3+物質(zhì)的量之比，將鎂鹽、鋁鹽和鑭鹽按比例配成混合鹽溶液，其中，[Mg2+]=0.5～2.0mol/L；（2）按照n(OH-)/[n(Mg2+)+n(Al3+)+n(La3+)]=1.4～2.2，n(CO32-)/[n(Al3+)+n(La3+)]=1.2～1.8的比例，將Na2CO3與NaOH配成混合堿溶液，并使混合堿溶液與步驟（1）中的混合鹽溶液體積相同；（3）將上述兩種溶液按相同速度雙流到反應器中，在20～90℃溫度范圍內(nèi)混合反應0.5～4h，保持混合液pH=9～11，在80～150℃晶化4～20h，將沉淀物脫水，洗滌至濾液pH=7～8，所得固體經(jīng)干燥、粉碎后即為粉體狀的鎂鋁鑭類水滑石。進一步的，所述步驟（1）中的鎂鹽為氯化鎂、硝酸鎂或硫酸鎂，鋁鹽為氯化鋁、硝酸鋁或硫酸鋁，鑭鹽為氯化鑭、硝酸鑭或硫酸鑭。進一步的，所述碳酸二甲酯與碳酸二乙酯的物質(zhì)的量之比為0.25～4：1。進一步的，所述鎂鋁鑭復合氧化物與反應原料的質(zhì)量比為0.5～3：100。進一步的，所述催化反應的溫度為80～120℃。進一步的，所述催化反應的時間為10～150分鐘。本專利技術所涉及的鎂鋁鑭復合氧化物催化劑由鎂鋁鑭類水滑石經(jīng)焙燒而制備；由于骨架中引入了適量的稀土元素鑭，使鎂鋁鑭復合氧化物的表面堿性中心的堿強度與堿密度均高于傳統(tǒng)的鎂鋁復合氧化物；此外，鎂鋁鑭復合氧化物的表面堿性中心分布均勻。大量強堿性的活性中心可促進碳酸二甲酯與碳酸二乙酯酯交換反應的快速發(fā)生。本專利技術提供的技術方案具有以下優(yōu)點：催化劑的活性高，選擇性好，產(chǎn)物的收率高；催化劑的成本低，與產(chǎn)物易分離，重復使用性能優(yōu)異。具體實施方式下面對本專利技術的具體實施方式作進一步的詳細說明。對于所屬
的技術人員而言，從對本專利技術的詳細說明中，本專利技術的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將顯而易見。實施例1催化劑的制備：將0.3mol氯化鎂、0.12mol氯化鋁與0.03mol氯化鑭配制成300mL的水溶液A；將0.75mol的氫氧化鈉和0.23mol碳酸鈉配制成300mL的水溶液B；在恒溫40℃且持續(xù)攪拌的條件下，將溶液A與溶液B以相同的速度加入100mL水中，保持混合液pH=9～11，反應0.5h，在90℃晶化15h；經(jīng)過濾，洗滌，干燥，粉碎后，得到鎂鋁鑭類水滑石Mg2+2/3Al3+4/15La3+1/15(OH)2(CO32-)1/6·4H2O；將所得鎂鋁鑭類水滑石在400℃焙燒6h，即得鎂鋁鑭復合氧化物。實施例2催化劑的制備：將0.4mol硝酸鎂、0.05mol硝酸鋁與0.05mol硝酸鑭配制成800mL的水溶液A；將0.9mol的氫氧化鈉和0.12mol碳酸鈉配制成800mL的水溶液B；在恒溫20℃且持續(xù)攪拌的條件下，將溶液A與溶液B以相同的速度加入100mL水中，保持混合液pH=9～11，反應2h，在120℃晶化8h；經(jīng)過濾，洗滌，干燥，粉碎后，得到鎂鋁鑭類水滑石Mg2+0.8Al3+0.1La3+0.1(OH)2(CO32-)0.1·8H2O；將所得水鋁鈣石在500℃焙燒4h，即得鎂鋁鑭復合氧化物。實施例3催化劑的制備：將0.2mol硫酸鎂、0.18mol硫酸鋁與0.02mol硫酸鑭配制成200mL的水溶液A；將0.56mol的氫氧化鈉和0.18mol碳酸鈉配制成200mL的水溶本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種鎂鋁鑭復合氧化物催化合成碳酸甲乙酯的方法，以碳酸二甲酯與碳酸二乙酯為原料在鎂鋁鑭復合氧化物的催化作用下合成得到碳酸甲乙酯，其特征在于，所述鎂鋁鑭復合氧化物是以鎂鋁鑭類水滑石在400～600℃下焙燒2～8?h所得產(chǎn)物，所述鎂鋁鑭類水滑石的結構通式為：Mg

【技術特征摘要】
1.一種鎂鋁鑭復合氧化物催化合成碳酸甲乙酯的方法，以碳酸二甲酯與碳酸二乙酯為原料在鎂鋁鑭復合氧化物的催化作用下合成得到碳酸甲乙酯，其特征在于，所述鎂鋁鑭復合氧化物是以鎂鋁鑭類水滑石在400～600℃下焙燒2～8h所得產(chǎn)物，所述鎂鋁鑭類水滑石的結構通式為：Mg2+1-x-yAl3+xLa3+y(OH)2(CO32-)(x+y)/2·mH2O，其中，0.2≦x+y≦0.5，1≦x/y≦9，m為結晶水數(shù)目，1≦m≦8。2.根據(jù)權利要求1所述的催化合成碳酸甲乙酯的方法，其特征在于，所述鎂鋁鑭類水滑石的制備過程包括步驟：（1）按照鎂鋁鑭類水滑石組成中Mg2+、Al3+和La3+物質(zhì)的量之比，將鎂鹽、鋁鹽和鑭鹽按比例配成混合鹽溶液，其中，[Mg2+]=0.5～2.0mol/L；（2）按照n(OH-)/[n(Mg2+)+n(Al3+)+n(La3+)]=1.4～2.2，n(CO32-)/[n(Al3+)+n(La3+)]=1.2～1.8的比例，將Na2CO3與NaOH配成混合堿溶液，并使混合...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：周喜，張超，
申請(專利權)人：邵陽學院，
類型：發(fā)明
國別省市：湖南,43