[发明专利][Bmim]OH/Fe-NaZSM-5催化剂及催化合成苯甲醚的应用

说明书

本发明公开了一种[Bmim]OH/Fe‑NaZSM‑5催化剂及催化合成苯甲醚的应用，通过嫁接法将氢氧化1‑丁基‑3‑甲基咪唑离子液体(简称[Bmim]OH)嫁接到经过渡金属Fe修饰的钠型ZSM‑5分子筛上，制备成[Bmim]OH/Fe‑NaZSM‑5催化剂。该催化剂用于催化碳酸二甲酯和苯酚反应合成苯甲醚的反应中，表现出很高的催化活性，且催化剂易于回收，回收的催化剂重复使用活性高。

技术领域

本发明属于苯甲醚的合成技术领域，具体涉及一种[Bmim]OH/Fe-NaZSM-5催化剂，以及该催化剂在催化合成苯甲醚中的应用。

背景技术

苯甲醚作为重要的化工原料，常用于合成香料和驱虫剂等。苯甲醚通常是由苯酚与甲基化试剂在碱性条件下制得，常用的甲基化试剂有硫酸二甲酯、碘甲烷、甲醇等，在一定的反应条件下可将苯酚甲基化为苯甲醚。上述甲基化试剂中，硫酸二甲酯和碘甲烷因其反应活性高，在相对温和的条件下即可与苯酚反应。然而，以硫酸二甲酯为原料的生产工艺中，需用碱中和处理掉产生的硫酸，因而产生的废水中含有大量的盐成分，且使用不慎会对人体造成伤害，给环境带来巨大挑战，且因转化率低，产品收率不高而导致成本偏高；碘甲烷价格较高，大规模生产较困难；使用甲醇不仅需在高温条件下进行，因催化剂寿命较短且容易生成苯环烷基化产品，限制了工业化生产。

由此可见，苯甲醚传统的两步法合成工艺面临巨大的挑战，在环境要求越来越严格的今天，以绿色化学的理念开发苯甲醚的绿色化工工艺势在必行。绿色化学应从源头上解决污染问题，采用无毒害的原料、开发高效的催化剂是实现绿色化学的直接途径。碳酸二甲脂(DMC)作为一种绿色试剂，被誉为21世纪绿色化学的基石，含羰基、甲基等活性基团，被认为是绿色的甲基化试剂。但苯酚与DMC反应生产苯甲醚的活性较低，需在碱性条件、催化剂和较高温度共同作用下才能发生反应。因此，开发一种新的高催化活性催化剂是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种催化活性高且易分离和回收再利用性能好的[Bmim]OH/Fe-NaZSM-5催化剂，以及该催化剂催化合成苯甲醚的应用。

针对上述目的，本发明采用的[Bmim]OH/Fe-NaZSM-5催化剂是以Fe修饰的钠型ZSM-5分子筛为载体，负载活性组分氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑。

上述[Bmim]OH/Fe-NaZSM-5催化剂中，以催化剂的质量为100％计，优选氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑的负载量为30％～50％。

本发明[Bmim]OH/Fe-NaZSM-5催化剂在催化碳酸二甲酯和苯酚反应合成苯甲醚中的应用，具体方法为：将碳酸二甲酯与苯酚、[Bmim]OH/Fe-NaZSM-5催化剂加入水热反应釜中，在密闭条件下140～160℃反应3～6小时，得到苯甲醚。

上述应用中，优选将碳酸二甲酯与苯酚、[Bmim]OH/Fe-NaZSM-5催化剂加入水热反应釜中，在密闭条件下150℃反应4小时。

上述应用中，优选[Bmim]OH/Fe-NaZSM-5催化剂的加入量为碳酸二甲酯与苯酚总质量的3％～7％。

上述应用中，优选碳酸二甲酯与苯酚的摩尔比为2:1～3:1。

本发明的有益效果如下：

本发明以Fe修饰的钠型ZSM-5分子筛为载体，采用嫁接法负载离子液体氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑，制备出[Bmim]OH/Fe-NaZSM-5催化剂。Fe修饰的钠型ZSM-5分子筛具有良好的结构和表面性质、丰富的活性位点，而且含有较少酸性位点，不仅表现出优秀的高温催化性能，还具有较高的抗水性，而且骨架Al与交换的Fe³⁺结合使催化剂具有良好的热稳定性。离子液体[Bmim]OH与分子筛结合，制备出可以克服均相催化剂不易分离的缺点的固载化离子液体催化剂，使其便于分离、回收和再利用。

附图说明