[发明专利]离子液体与纳米金共催化甲烷直接氧化制备甲醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子液体与纳米金共催化甲烷的直接氧化属于有机化学领域，也属于材料科学领域。特别是涉及离子液体与纳米金共催化甲烷直接氧化制备的甲醇过程。

背景技术

甲烷是重要的化工原料，作为天然气的主要成分是丰富的自然资源。然而，由于运输甲烷气体或液化天然气十分昂贵，甲烷通常很难被利用。将甲烷直接转化为便于运输的液体燃料和有用的化学品是非常必要的。

甲烷直接转化合成甲醇的方法分为均相气相氧化、气固多相催化氧化和液相催化氧化3大类，其中，均相气相氧化和气固多相催化氧化的工业化应用尚不现实。甲烷液相催化氧化直接合成甲醇是近二三十年刚刚起步的一个方向，反应多采用贵金属为催化剂，但反应过程中，贵金属或者溶于反应体系，结束反应后不易回收，或者不溶于反应体系，反应后易回收，但不利于反应效率。

离子液体即在室温及相邻温度(-30～250℃)下呈液态的完全由离子构成的物质，它一般由有机阳离子和无机阴离子所组成。作为一种新型有机溶剂，离子液体凭借其特殊的性质，已经在有机合成、有机催化、无机合成、电化学、绿色化学和化学分离等领域显示出良好的前景。将离子液体作为溶剂用于甲烷转化反应已有相关报道。由于离子液体具有很低的表面张力，可以很好的溶解一些纳米金属颗粒，因此以离子液体为溶剂溶解金纳米颗粒形成共催化剂进行甲烷转化反应，不仅能够得到更好的反应效果，而且离子液体蒸汽压极低，能在反应结束后更容易的回收纳米金，并循环使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子液体与纳米金共催化甲烷直接氧化制备甲醇的方法，该方法催化剂可回收，低成本，反应时间短，产率高。

本发明采用如下技术方案：

离子液体与纳米金共催化甲烷直接氧化制备甲醇的方法，包括下列步骤：

第一步、在100ml不锈钢反应釜中依次加入离子液体、三氟乙酸、三氟乙酸酐、过硫酸钾和纳米金，其中离子液体与纳米金质量比为1/200～1/50，并加入1～3Mpa的甲烷气体；将反应釜置于油浴中，并用磁力搅拌得均匀反应液；

第二步、油浴加热至80～110℃，反应120～480min；

第三步、停止反应后，反应液加入20ml去离子水，在25℃下水解30min；

第四步、蒸馏水解液，得90℃的馏分为产物甲醇；

制备甲醇的过程离子液体与纳米金形成共催化剂。

所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐。

所述的纳米金，粒径2～3nm，形貌为球形。

所述的纳米金催化剂与离子液体质量比为1/200～1/50。

所述的离子液体与纳米金共催化剂可以回收循环使用。

所述的离子液体与纳米金共催化剂回收过程为：将前述步骤第四步所得余液80℃下0.01MPa蒸馏至无馏分后，加入10ml乙醇，搅拌均匀后过滤，滤液在50℃下0.01MPa蒸馏除去乙醇，得离子液体与纳米金共催化剂。

本发明的有益效果：采用离子液体与纳米金共催化甲烷转化制备甲醇，生产过程明显缩短，催化剂可以完全回收降低了生产成本。

具体实施方式

实施例1、0.005g纳米金催化剂与1 g离子液体[C₄mim]Cl加热搅拌15min后，置于100mL高压釜反应器中，加入K₂S₂O₈，TFA，TFAA，反应物的质量比为[C₄mim]Cl∶K₂S₂O₈∶TFA∶TFAA＝10∶13.6∶77∶22.3，以含氩气为内标的甲烷标准气体置换三次，再加压至2MPa后，油浴加热到90℃并搅拌反应20h。停止反应后，反应液加入20ml去离子水，在25℃下水解30min。蒸馏水解液，得90℃的馏分为产物甲醇。甲烷转化率17.22％。