[发明专利]一种二氧化碳和甲醇合成碳酸二甲酯用催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化碳和甲醇合成碳酸二甲酯用催化剂及其制备方法，其中催化剂是以元素Ce、La、Zr中的一种、两种或三种作为活性组分；所述活性组分以所述元素的氧化物形式存在于催化剂中，以元素氧化物形式计所述活性组分在所述催化剂中的质量百分比为10‑100%。本发明的有益效果是：本发明是专门针对二氧化碳（CO₂）和甲醇（CH₃OH）直接合成碳酸二甲酯方法提供了一种催化剂，具有活性高、选择性高等优势。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，特别涉及一种二氧化碳和甲醇合成碳酸二甲酯用催化剂及制备方法。

背景技术

随着人类文明和社会经济的不断发展，人们对煤、石油、天然气的需求量日益增加，粗放的工业模式造成日趋严重的环境污染问题，空气中二氧化碳(CO₂)的含量急剧增加造成了严重的温室效应。据统计，近两百年来全球化石燃料的燃烧排放的二氧化碳总量已经超过过去三千年来人类排放二氧化碳的总和。温室气体的过度排放导致的全球变暖问题影响着众多生物包括人类的生存与发展，国际社会越来越重视环境问题，各个国家为了改善环境，发展低碳经济，颁布了一系列法律条约，如《联合国气候变化框架公约》、《京都议定书》及《巴黎协议》。但是，从可持续发展观的角度出发，单纯依靠碳减排势必会影响经济的正常发展，因此，如何有效的利用二氧化碳将其转化成有用且具有附加值的化学物质受到人们越来越广泛地关注。

碳酸二甲酯(DMC)的化学式为(CH₃O)₂CO，相对分子质量为90.08g/mol，常温下是一种无色透明、略有气味、味道微甜的液体。从分子结构上来看，DMC可看作是碳酸的二甲基酯，所以研究人员认为它是一种重要的有机合成中间体。DMC之所以可与多种物质发生化学反应，是因为其分子结构中含有多种官能团，如羰基(-C＝O-)、甲基(-CH₃)和甲氧基(CH₃O-)等。因此，在有机化工合成中，碳酸二甲酯被称为未来的“新基石”，属于特别具有发展前景的化工产品。

DMC的分子结构非常独特，因为含有多种官能团，所以可以与许多化学物质发生化学反应，主要可以发生甲基化、羰基化、酯交换等反应，DMC可以作羰基化、甲基化试剂；又因为没有毒性，所以可以用作低毒溶剂。DMC分子结构CH₃O-CO-OCH₃中氧原子的含量高达53％，能更好的提高汽油的辛烷值。同样条件下，使汽油燃烧达到相等的氧含量时，甲基叔丁基醚(MTBE)的使用量要比DMC的使用量多4.5倍。使用DMC作为汽油添加剂，还能降低碳氢化合物、一氧化碳的排放量；另外，常用的汽油添加剂MTBE是极易溶于水且会污染地下水源，但DMC并不具备这些缺点，因此DMC将会成为一种最有潜力的汽油添加剂。

化工合成中传统的生产碳酸二甲酯的方法有光气法、酯交换法、尿素醇解法、甲醇氧化羰基化法。传统的光气法工艺路线较为成熟，DMC收率高，但此方法中光气有剧毒，且在反应过程中产生大量的HCl会给设备带来严重的腐蚀。酯交换法合成DMC已经实现工业化生产，这种合成方法工艺繁杂，经济成本高，反应原料需要环氧乙烷或环氧丙烷，这两种物质的来源均受石化行业的限制，并且副产物丙二醇市场容量已达饱和，所以酯交换法不是合成碳酸二甲酯的理想路线。尿素醇解法是尿素与甲醇两步反应合成DMC，虽然反应的转化率较高，但选择性较低，其中间产物氨基甲酸甲酯与碳酸二甲酯的分离是阻止尿素醇解法工业化应用的一大难题。甲醇氧化羰基化法这种合成路线的优点是原料易得，但存在较大的安全隐患，并且所使用的催化剂的选择性较差，催化剂对设备存在腐蚀问题。

利用二氧化碳(CO2)和甲醇(CH3OH)直接合成碳酸二甲酯，有利于减少CO2的大量排放，转化产能过剩的甲醇，这条工艺路线具有很大的发展前景，但由于工业化催化剂尚未研制出来，因此该合成方法目前仍处于实验室研究阶段。

发明内容