[发明专利]一种甲缩醛的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲缩醛的合成方法，特别是采用自制的酸化柱撑蒙脱石固体酸催化剂合成甲缩醛的方法。

背景技术

甲缩醛（DMM）又名二甲氧基甲烷，分子式结构CH₃O-CH₂-OCH₃，是一种无色透明易挥发和燃烧的液体，是甲醇的下游产品之一。甲缩醛是缩醛中最简单的一个成员，不但容易合成，而且价格也最便宜，合成甲缩醛的原料是甲醇和甲醛，又可以反过来制备高纯度甲醛，“缩醛法”以甲缩醛作为甲醛源，可延伸生产聚甲醛，酚醛树脂，聚甲氧基甲缩醛等产品，得到更多的高附加值化学品，能成为重要的非石油路线。

甲缩醛理化性能优良，具有良好的溶解性、低沸点、与水相溶性好，能广泛应用于化妆品、药品、家庭用品、工业汽车用品、杀虫剂、皮革上光剂、清洁剂、橡胶工业、油漆、油墨等产品中。甲缩醛还可以作为柴油和汽油的添加剂。现在地方炼厂普通用甲缩醛来调和汽油。

目前，甲缩醛的成熟的合成方法是甲醇和甲醛在酸催化作用下进行缩合反应，所用到的催化剂中液体无机酸虽然转化率高，但设备腐蚀严重，且不能循环利用，产生大量酸性废水，对环境有污染；树脂类催化剂虽分离容易，但耐温性差，易失去活性，而且成本较高。

发明内容：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种甲缩醛的合成方法，该方法采用新型固体酸催化剂—酸化柱撑蒙脱石，具有廉价易得、易分离、耐高温等特点。

本发明的技术方案为：在反应器中，甲醛与甲醇以摩尔比为1：1.5-4.5比例在固体酸催化剂作用下于40-100℃反应40min-240min，控制回流比为1：1-3.5，收集塔顶40-55℃的馏分，固体酸催化剂为酸化柱撑蒙脱石催化剂。

由于甲醇和甲醛的合成是典型的醇醛缩合反应，过量的甲醇能促进甲醛最大限度地转化，有利于甲缩醛生成速率的加快，所以甲醛与甲醇以摩尔比为1：1.5-4.5，摩尔比过小不利于甲醛的转化，过大则会造成甲醇的浪费。

回流比的大小影响顶部流出温度，过大或过小不利于顶部流出温度，会影响顶部甲缩醛的含量，因此控制回流比为1：1-3.5，收集塔顶40-55℃的馏分。

本发明中所采用的催化剂为酸化柱撑蒙脱石催化剂，选自酸化铝柱撑蒙脱石或酸化铝铁柱撑蒙脱石，主要活性组分为硫酸，其负载量为5wt%-30 wt %。由于甲缩醛的合成主要是在催化剂的内表面上进行的，所以催化剂用量的增加会提供更多的反应场所，促使反应产物甲缩醛更快地生成，但发明人经过多次试验发现，当催化剂增加到一定量时，甲缩醛生成速度的增加幅度不大，故固体酸催化剂用量为甲醇和甲醛总质量的2%-15%。

本发明所述的酸化柱撑蒙脱石催化剂的制备包括以下步骤：

（1）柱化剂的制备 在50-80℃强烈搅拌条件下向金属氯化物水溶液中滴入NaOH溶液，滴加完毕，恒温搅拌1-3h，老化8-24h，制得柱化剂；

（2）柱撑蒙脱石的制备 在40℃-95℃和搅拌条件下，将上述柱化剂匀速滴入钠化蒙脱石悬浮液中，恒温老化8-24h，过滤洗涤直至无Cl^-为止，50-120℃温度下烘干、研磨、过筛、400 -550℃焙烧1-5小时，得柱撑蒙脱石；

（3）酸化柱撑蒙脱石的制备 将上述柱撑蒙脱石用 0.5-3.5mol/L 的硫酸浸渍2-24 h，过滤，70-110℃烘干，得酸化柱撑蒙脱石固体酸催化剂。

首先，金属氯化物可以为AlCl₃·6H₂O或AlCl₃·6H₂O和FeCl₃·6H₂O的混合物，当氢氧化钠与金属氯化物的摩尔比过大时会造成柱化剂的沉淀，过小则不利于生成大核柱化剂，所以氢氧化钠与金属氯化物的摩尔比为1-2.4:1。金属氯化物以及氢氧化钠溶液的摩尔浓度均为0.1-0.6mol/L，浓度过小使得生成的柱化剂浓度就会过小，增加了后期柱撑蒙脱石的生产时间，浓度过大会容易造成柱化剂制备过程中生成沉淀。