[发明专利]合成N‑甲基醇胺类化合物的催化剂及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，尤其是涉及一种合成N-甲基醇胺类化合物的催化剂及其制备方法、应用。

背景技术

N-甲基醇胺类化合物是一中重要的精细化工产品，被广泛应用于化肥厂、合成氨厂、炼油厂、制药厂的脱硫脱碳剂，生产医药中间体，涂料溶剂，制造非离子型洗涤剂、乳化剂以及活化剂等。它用于制备聚氨酯泡沫，涂料、油漆、油墨，还可应用于水溶性涂料树脂合成、聚氨酯涂料水处理，气体处理离子交换树脂造纸助剂和皮革、纺织助剂，特别是在油田气和煤气、天然气的脱硫净化方面，N -甲基醇胺类化合物有着不可替代的地位，这在能源开发、环境保护等方面具有重大意义。

N-甲基醇胺类化合物传统的生产工艺是卤代醇与脂肪胺或芳香胺的溶液反应生成N-甲基乙醇胺类化合物，但是反应收率较低、反应时间长、副反应多等问题亟需解决。从工艺角度来看这些问题直接影响反应产物的提纯、设备费用以及能耗费用，反应加热和最后的精馏产品都要需要消耗大量的热能。环氧乙烷法合成N-甲基醇胺类化合物是由环氧乙烷或环氧化合物与脂肪胺或芳香胺的溶液反应生成N-甲基乙醇胺类化合物的方法，该方法具有反应原料成本低廉、反应简单、反应副产物较少等特点，因此，环氧乙烷法合成N-甲基乙醇胺类产品具有很好的经济优势和环保优势。

例如，欧洲专利EP-A-70978公开了温度在150℃左右，硼氢化钠作为催化剂催化环氧乙烷法合成N-甲基胺醇，其碱性能有效的减少N-甲基醇胺中的季铵盐化合物的生成，能很好地提高产物的颜色性能和质量，但是产物分离复杂，催化剂重复利用率低。

日本专利JP-A-01/160 947公开了在水催化作用下，同时加入Ru/C催化剂，可有效的减少环氧化合物的季铵化合物的产生和自聚的发生。在蒸馏后得到的产品色纯度非常高，但是水作为亲核试剂易于环氧化合物发生副反应而且催化剂较昂贵，制备成本高。

上述硼氢化钠、Ru/C催化剂等现有技术的催化剂均存在制备成本高，副反应多，重复利用率低，导致产物分离、提纯复杂等缺陷。因此，寻找在无溶剂条件下催化合成N-甲基乙醇胺类化合物的催化剂具有重要的意义。

发明内容

本发明是为了解决现有技术的合成N-甲基醇胺类化合物的催化剂制备成本高，副反应多，重复利用率低，导致产物分离、提纯复杂的问题，提供了一种成本低，使用寿命长，催化性能好，胺的转化率高，对N-甲基醇胺选择性好的合成N-甲基醇胺类化合物的催化剂。

本发明还提供了一种合成N-甲基醇胺类化合物的催化剂制备方法，步骤简单，反应过程稳定可控，可操作性强。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种合成N-甲基醇胺类化合物的催化剂，所述催化剂经金属源溶液改性MCM-41介孔分子筛制得，催化剂中金属元素与硅元素的物质的量之比为1：0.025~1，所述金属元素为钛、铁或锆。本发明的催化剂用于胺（脂肪胺或芳香胺）和环氧化合物通过液相法合成N-甲基醇胺类化合物，在引进金属杂原子同时表面具有丰富的B酸和L酸活性位，且仍具有MCM-41的六方孔道结构和较高的比表面积，对胺（脂肪胺与芳香胺）与环氧化合物液相法合成N-甲基醇胺具有非常好的催化性能，胺的转化率高，N-甲基醇胺的选择性好，且反应条件相对温和，易于工业放大生产。

一种合成N-甲基醇胺类化合物的催化剂制备方法，包括以下步骤：

（1）以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，将十六烷基三甲基溴化铵溶于pH为9~10的碱性溶液中，加入硅酸四乙酯，搅拌5~10 h，用硫酸溶液调节pH至8~13后，得白色沉淀溶液，其中十六烷基三甲基溴化铵与硅酸四乙酯的物质的量之比为0.2~0.4：1。

（2）按金属元素与硅元素的物质的量之比为1：0.025~1，将含有金属元素的金属源改性溶液于15min内逐滴滴加至白色沉淀溶液中，控制温度为20~50℃，搅拌1~10h得凝胶溶液，其中所述金属源改性溶液为[(CH₃(CH₂)₂O]₄Ti溶液、ZrOCl₂·8H₂O溶液或Fe(NO₃)₃·9H₂O溶液。

（3）将凝胶溶液转移至不锈钢水热反应釜中，于80~120℃晶化24~48h，用去离子水洗涤、过滤，将过滤物在60~100℃温度下干燥后进行阶梯焙烧即得用于合成N-甲基醇胺类化合物的催化剂。