專(zhuān)利名稱(chēng)：一種合成1-甲氧基-2-丙醇的固體堿催化劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成1-甲氧基-2-丙醇的固體堿催化劑及制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
丙二醇醚類(lèi)化合物是一種低毒、環(huán)境友好的精細(xì)化學(xué)品，同時(shí)又是一種良好的溶劑，俗有“萬(wàn)能溶劑”之稱(chēng)；其中，1-甲氧基-2-丙醇更是一種性能優(yōu)良、毒性更低的溶劑。 環(huán)氧丙烷合成法是目前唯一工業(yè)化生產(chǎn)醇醚和廣泛采用的合成方法。但該法所采用的催化劑為NaOH等均相堿，存在著催化劑與產(chǎn)物分離困難，產(chǎn)生大量的堿液污染環(huán)境等難題。而采用固體堿催化劑替代均相催化劑，使得產(chǎn)品與催化劑分離容易，避免了大量廢液的排放， 有效防止了環(huán)境污染。同時(shí)固體催化劑具有易活化再生，便于連續(xù)操作的特點(diǎn)。因此，研發(fā)高效、環(huán)保的綠色催化劑成為此反應(yīng)的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高催化活性的，同時(shí)在合成1-甲氧基-2-丙醇的反應(yīng)中具有良好重復(fù)使用性能的堿催化劑及制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明催化劑的制法包括如下步驟(1)取一定量的液體模數(shù)在2. 2-3. 0之間，玻美度在20-50之間的硅酸鹽；配制一定量的模板劑的水溶液，模板劑與硅酸鹽的摩爾比在0. 01-0. 15之間。(2)配制一定量的二價(jià)金屬硝酸鹽和三價(jià)金屬硝酸鹽化合物的混合水溶液，二價(jià)金屬陽(yáng)離子與二價(jià)金屬陽(yáng)離子的摩爾比控制在2. 0-5. 0左右，陽(yáng)離子的總濃度控制在 0. 05-0. 15mol/L。將將以上兩水溶液滴加到液體硅酸鹽中，混合后充分?jǐn)嚢?2-120小時(shí)， 溫度控制在60-100°C。(3)將步驟(2)中所得膠體于80-120°C下蒸干，并將所得的固體于300-800°C下煅燒，便得催化劑。所述的硅酸鹽可以是硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀的一種或幾種。所述的二價(jià)金屬可以是鎂、鋅、鐵、銅、鎳的一種或數(shù)種，三價(jià)金屬硝酸鹽可以是鋁、鉻、鐵、鈷硝酸鹽一種或幾種。所述的模板劑可以是十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、聚乙二醇辛基苯基醚 (TritonX-IO)和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯的三嵌段共聚物(P123)的一種或幾種。本發(fā)明的催化劑用于合成1-甲氧基-2-丙醇，方法是將甲醇和環(huán)氧丙烷以 3-15 1的比例，及用量為反應(yīng)物總重量的0.3-3.0%催化劑一起放入裝有回流裝置的三口燒瓶中，在攪拌的情況下，升溫至30-120°C，反應(yīng)1-15小時(shí)。反應(yīng)后通過(guò)離心沉降得到產(chǎn)
P
ΡΠ O產(chǎn)物分析反應(yīng)物和產(chǎn)物均由美國(guó)Agilent 6980N型氣相色譜儀分析，N2為載氣。 分析條件為進(jìn)樣器溫度250°C，氫火焰離子化檢測(cè)器溫度250°C，N2流量19. OmL/min，H2流量40mL/min，空氣流量400 mL/min,進(jìn)樣量0. 2 μ L ；采用程序升溫，升溫速率10°C /min,初溫40 V，終溫200 V ；歸一化法定量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)催化劑制備方法簡(jiǎn)單，易操作，不對(duì)環(huán)境造成污染。(2)在1-甲氧基-2-丙醇合成反應(yīng)中，反應(yīng)條件溫和，1-甲氧基-2-丙醇選擇性
高ο
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:將58g的P123溶于1.0L的去離子水中配置成溶液A，將5. 12g的Mg (NO3) 2 · 6H20 和3. 57g的Al (NO3) 3 · 9H20溶于0. 6L的去離子水中配置成溶液B，將A、B兩溶液同時(shí)滴加到模數(shù)為2. 2，美度為20的1212. 5g液體硅酸鈉中，保證在3小時(shí)內(nèi)滴加完，溫度控制在 60°C，然后充分?jǐn)嚢?2小時(shí)。所得膠體于80°C烘干，并將所得固體于300°C下煅燒的催化劑。將甲醇和環(huán)氧丙烷以3 1的比例，及用量為反應(yīng)物總重量的0.3%催化劑一起放入裝有回流裝置的三口燒瓶中，在攪拌的情況下，升溫至30°C，反應(yīng)1小時(shí)。產(chǎn)物經(jīng)離心沉降，取上清液用氣相色譜分析。結(jié)果表明環(huán)氧丙烷的轉(zhuǎn)化率為15%，1-甲氧基-2-丙醇的選擇性為 100% .實(shí)施例2:將54. 67g的CTAB溶于1. OL的去離子水中配置成溶液A，將12. 82g的 Mg(NO3)2 · 6H20和3. 57g的Al (NO3)3 · 9H20溶于0. 4L的去離子水中配置成溶液B,將A、B 兩溶液同時(shí)滴加到模數(shù)為3，玻美度為50的471g液體硅酸鋰中，保證在3小時(shí)內(nèi)滴加完，溫度控制在100°C，然后充分?jǐn)嚢?20小時(shí)。所得膠體于120°C烘干，并將所得固體于800°C下煅燒的催化劑。將甲醇和環(huán)氧丙烷以15 1的比例，及用量為反應(yīng)物總重量3%催化劑一起放入裝有回流裝置的三口燒瓶中，在攪拌的情況下，升溫至120°C，反應(yīng)15小時(shí)。產(chǎn)物經(jīng)離心沉降，取上清液用氣相色譜分析。結(jié)果表明環(huán)氧丙烷的轉(zhuǎn)化率為99%，1-甲氧基-2-丙醇的選擇性為90%。實(shí)施例3:將32. 4g的1TritonX-IO溶于1. OL的去離子水中配置成溶液A，將7. 69g的 Mg(NO3)2 · 6H20和3. 57g的Al (NO3)3 · 9H20溶于0. 4L的去離子水中配置成溶液B,將A、B 兩溶液同時(shí)滴加到模數(shù)為2. 8，玻美度為30的1007. 7g液體硅酸鉀中，保證在3小時(shí)內(nèi)滴加完，溫度控制在80°C，然后充分?jǐn)嚢?8小時(shí)。所得膠體于10(TC烘干，并將所得固體于 600°C下煅燒的催化劑。將甲醇和環(huán)氧丙烷以5 1的比例，及用量為反應(yīng)物總重量1.0%催化劑一起放入裝有回流裝置的三口燒瓶中，在攪拌的情況下，升溫至120°C，反應(yīng)10小時(shí)。 產(chǎn)物經(jīng)離心沉降，取上清液用氣相色譜分析。結(jié)果表明環(huán)氧丙烷的轉(zhuǎn)化率為93%，1-甲氧基-2-丙醇的選擇性為92%。實(shí)施例4 將32. 4g的1TritonX-IO溶于1. OL的去離子水中配置成溶液A，將8. 92g的 Zn (NO3) 2 ·6Η20和3. 82g的Cr (NO3) 3 ·9Η20溶于0. 4L的去離子水中配置成溶液B,將Α、Β兩溶液同時(shí)滴加到模數(shù)為2. 8，玻美度為30的884. 5g液體硅酸鈉中，保證在3小時(shí)內(nèi)滴加完， 溫度控制在80°C，然后充分?jǐn)嚢?8小時(shí)。所得膠體于100°C烘干，并將所得固體于600°C下煅燒的催化劑。將甲醇和環(huán)氧丙烷以5 1的比例，及用量為反應(yīng)物總重量1.0%催化劑一起放入裝有回流裝置的三口燒瓶中，在攪拌的情況下，升溫至120°C，反應(yīng)10小時(shí)。產(chǎn)物經(jīng)離心沉降，取上清液用氣相色譜分析。結(jié)果表明環(huán)氧丙烷的轉(zhuǎn)化率為87%，1-甲氧基-2-丙醇的選擇性為95%。實(shí)施例5 將32. 4g的TritonX-IO溶于1. OL的去離子水中配置成溶液A，將6. 06g的 Fe(NO3)2 · 6Η20、3· 6g 的 Cu(NO3)2 · 6H20 和 3. 75g 的 Co(NO3)3 · 9H20 溶于 0. 4L 的去離子水中配置成溶液B，將A、B兩溶液同時(shí)滴加到模數(shù)為2. 8，玻美度為30的884. 5g液體硅酸鈉中，保證在3小時(shí)內(nèi)滴加完，溫度控制在80°C，然后充分?jǐn)嚢?8小時(shí)。所得膠體于100°C烘干，并將所得固體于600°C下煅燒的催化劑。將甲醇和環(huán)氧丙烷以5 1的比例，及用量為反應(yīng)物總重量1. 0%催化劑一起放入裝有回流裝置的三口燒瓶中，在攪拌的情況下，升溫至 120°C，反應(yīng)10小時(shí)。產(chǎn)物經(jīng)離心沉降，取上清液用氣相色譜分析。結(jié)果表明環(huán)氧丙烷的轉(zhuǎn)化率為83%，1-甲氧基-2-丙醇的選擇性為95%。實(shí)施例6 將32. 4g的1TritonX-IO溶于1.0L的去離子水中配置成溶液A，將4. 36g的 Ni (NO3) 2 · 6Η20、3· 62g 的 Cu (NO3) 2 · 6H20 和 3. 75g 的 Co (NO3) 3 · 9H20 溶于 0. 4L 的去離子水中配置成溶液B，將A、B兩溶液同時(shí)滴加到模數(shù)為2. 8，玻美度為30的442. 25g液體硅酸鈉和503. 85g液體硅酸鉀中，保證在3小時(shí)內(nèi)滴加完，溫度控制在80°C，然后充分?jǐn)嚢?8小時(shí)。所得膠體于100°C烘干，并將所得固體于600°C下煅燒的催化劑。將甲醇和環(huán)氧丙烷以 5 1的比例，及用量為反應(yīng)物總重量1.0%催化劑一起放入裝有回流裝置的三口燒瓶中， 在攪拌的情況下，升溫至120°C，反應(yīng)10小時(shí)。產(chǎn)物經(jīng)離心沉降，取上清液用氣相色譜分析。 結(jié)果表明環(huán)氧丙烷的轉(zhuǎn)化率為93%，1-甲氧基-2-丙醇的選擇性為94%。
權(quán)利要求
1.一種合成1-甲氧基-2-丙醇的催化劑，其特征在于催化劑的通式為 A2O · xMO · YN2O3 · ZSiO2, A為一價(jià)金屬陽(yáng)離子，M為二價(jià)金屬陽(yáng)離子，N為三價(jià)金屬陽(yáng)離子， χ、y> ζ 分別在 0. 03-0. 07,0. 01-0. 03 和 2. 2-3. 0 之間。
2.如權(quán)利要求1所述的含鹵素的水滑石的制備方法，其特征在于，A可以是鋰、鈉、鉀的一種或幾種
3.如權(quán)利要求1所述的含鹵素的水滑石的制備方法，其特征在于，所述的二價(jià)金屬可以是鈣、鎂、鋅、鐵、銅、鎳的一種或幾種，三價(jià)金屬可以是鋁、鉻、鐵、鈷一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1-3所述的合成1-甲氧基-2-丙醇固體堿催化劑的制備方法，其特征在于包括步驟如下(1)取一定量的液體模數(shù)在2.2-3. 0之間，玻美度在20-50之間的硅酸鹽；配制一定量的模板劑的水溶液，模板劑與硅酸鹽的摩爾比在0. 01-0. 15之間。(2)配制一定量的二價(jià)金屬硝酸鹽和三價(jià)金屬硝酸鹽化合物的混合水溶液，二價(jià)金屬陽(yáng)離子與二價(jià)金屬陽(yáng)離子的摩爾比控制在2. 0-5.0左右，陽(yáng)離子的總濃度控制在 0. 5-1. 5mol/L。將將以上兩水溶液滴加到液體硅酸鹽中，混合后充分?jǐn)嚢?2-120小時(shí)，溫度控制在60-100°C。(3)將步驟O)中所得膠體于80-120°C下蒸干，并將所得的固體于300-800°C下煅燒， 便得催化劑。
5.如權(quán)利4所述的催化劑的制備方法，其特征在于，硅酸鹽可以是硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的催化劑的制備方法，其特征在于，模板劑可以是十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX-IO)和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯的三嵌段共聚物(P12!3)的一種或幾種。
7.如權(quán)利要求1-6所述的合成1-甲氧基-2-丙醇催化劑的應(yīng)用，其特征包括步驟如下(1)將甲醇和環(huán)氧丙烷以3-15 1的比例，及用量為反應(yīng)物總重量的0.3-3.0%催化劑一起放入裝有回流裝置的三口燒瓶中，在攪拌的情況下，升溫至30-120°C，反應(yīng)1-15小時(shí)。反應(yīng)后通過(guò)離心沉降得到產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種含多元陽(yáng)離子改性的固體堿制備，及其在合成1-甲氧基-2-丙醇反應(yīng)中的應(yīng)用。該催化劑由液體硅酸鹽和金屬鹽在有模板劑的情況下直接制得，此制備方法操作簡(jiǎn)單，催化劑成本低。在合成1-甲氧基-2-丙醇反應(yīng)中，該催化劑顯示出較高的催化活性和良好的重復(fù)使用性，且反應(yīng)條件溫和，不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。
文檔編號(hào)C07C41/03GK102266763SQ201010191830
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者劉曉晨, 吳功德, 周鑫鑫, 王曉麗, 陶丹丹 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院