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碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate,DMC)是一种无毒或微毒的化工产品,其独特的分子结构、多样的官能团、活泼的化学性质,使它可以替代光气进行羰基化反应,用于合成聚碳酸酯、农药及异氰酸酯等;还可以替代甲苯、丙酮等有毒溶剂,提高生产操作的安全性;在电子行业,可作为电池电解液的添加剂;在能源行业,是替代甲基叔丁基醚用作汽油添加剂。 目前合成DMC比较成熟的方法主要是甲醇羰基化氧化法与酯交换法,而酯交换法制DMC具有经济、环保的优点,是国内普遍采用的方法,针对该方法,工业上开发了高活性的甲醇钠醇盐作为催化剂,实现转化率最大化的同时,却发现其易与原料中的水和二氧化碳发生反应而失活。本课题在工业现状的基础上,通过参考金属醇盐的合成工艺与实验的探索,确定了甲醇钠在一定条件下会与过量的丙二醇发生反应,导致碳酸丙烯酯的转化率降低,并进一步探析了反应发生的条件与甲醇钠的失活过程;而后为避免均相催化剂易失活的问题,探索可替代甲醇钠的非均相催化剂,首次提出将L型分子筛应用于酯交换合成DMC的设想,研制出固体碱催化剂KOH/KL,对其进行了相关性能的初步探索,在常温常压的条件下,KOH/KL达到了均相催化剂甲醇钠的催化效果,为非均相催化剂替代现工业使用的甲醇钠奠定了基础,具体包括以下几个方面: (1)通过考察不同温度、反应时间、反应物摩尔比对碳酸丙烯酯转化率的影响,探索出甲醇钠失活的条件,实验结果表明:在反应温度达到130℃、反应8h,丙二醇过量的条件下甲醇钠明显失活,生成粘度、缔合度更高的丙二醇钠,碳酸丙烯酯转化率降低至19.84%; (2)将活性组分KOH负载在不同的载体上,制备出的固体碱用于催化碳酸丙烯酯合成DMC,对比其催化效果发现KOH/KL最佳,而催化活性的差异是由其碱性强弱引起的,由于KOH/KL固体碱催化剂具有较高的碱量,使得其具有出色的催化效果; (3) KOH/KL催化剂打破常规固体碱对空气中二氧化碳和水的敏感以及需置于氮气氛围下焙烧的缺点,直接在空气氛围下不同温度焙烧,探索KOH/KL催化剂最佳制备条件得出:负载30%KOH于KL上,在400℃下焙烧4h催化效果最佳; (4)最佳条件下制备催化剂,在反应温度为70℃,醇酯比为5,催化剂用量为0.5 wt%的条件下,反应4h后,碳酸丙烯酯转化率达到了49.5%。固体碱KOH/KL催化剂具有出色的催化效果主要是由于KL分子筛具有特殊的一维孔道结构,在保证自身结构不被强碱性的活性组分KOH破坏的同时,还可以提供一个稳定的环境。