[发明专利]一种尿素醇解合成碳酸乙烯酯的复配催化剂及制备工艺和应用

说明书

本发明提供一种尿素醇解合成碳酸乙烯酯的复配催化剂及制备工艺和应用，得到的复配催化剂催化活性高；催化剂的制备工艺简单，反应过程无毒无害，对环境无污染。所述工艺包括如下步骤，步骤1，将摩尔比为1:1～1:8的铁盐与锌盐混合研磨均匀，然后在250℃～600℃的温度下煅烧2～6h，得到锌铁氧化物；步骤2，按1:1～1:5的摩尔比，在得到的锌铁氧化物中均匀混入氯化锌，得到锌铁氧化物与氯化锌混合复配的催化剂。复配催化剂应用在尿素醇解合成碳酸乙烯酯时的，复配催化剂的用量为反应物总质量的1.0％‑5.0％。反应温度120‑150℃，反应时间3‑9h，反应压力0.005‑0.02MPa。

技术领域

本发明涉及尿素醇解制备碳酸乙烯酯的工艺，具体为一种尿素醇解合成碳酸乙烯酯的复配催化剂及制备工艺和应用。

背景技术

碳酸乙烯酯(EC)是一种强极性的有机溶剂，凭借优良的成膜作用，作为绝大多数锂电池电解液的主成份，被广泛用于新能源汽车、电动工具、电动自行车等新型行业中，在传统用途中，由于EC具有沸点高、闪点高、溶解性高、毒性低等性质，应用于纺织上的抽丝液和脱除酸性气体的萃取剂等。除此之外，由于其特殊环状酯结构，EC又被广泛用作有机合成中间体、制药组分和化工产品原料，它能够与甲醇或乙醇发生酯交换反应，生成碳酸二甲酯或碳酸二乙酯，进一步用于合成聚碳酸酯类有机物。

碳酸乙烯酯的合成方法主要有光气法、酯交换法和CO₂与环氧乙烷环加成法。光气法由于使用有剧毒的光气作为原料而早已被淘汰，酯交换法由于原料和催化剂的价格比较昂贵，也不具有应用前景。使用CO₂和环氧乙烷环加成法合成，反应过程高温高压，对设备要求高。新型的尿素醇解法是以尿素和乙二醇醇解合成碳酸乙烯酯，原料无毒无害，且易得、成本低，在产业化过程中有重要的经济价值。

尿素与乙二醇醇解制备碳酸乙烯酯所采用的催化剂主要有金属氧化物、碱土金属氧化物、碳酸盐类等。Kanbara等(EP Patent 0638541)采用ZnO作催化剂，催化尿素与乙二醇反应，用抽真空的方法排出产生的氨气，在145℃下反应2h，乙二醇的转化率为80.1％，碳酸乙烯酯的选择性为97.5％，碳酸乙烯酯收率最高达到85％。杜治平等(CN 101544627A)采用钙磷催化剂，将尿素与乙二醇按摩尔比为1:1-100，尿素与钙磷催化剂按质量百分比为1:0.001-0.1的比例加入到反应器中，反应温度为50-250℃，反应压力0.001-0.5MPa条件下反应合成碳酸酯，碳酸乙烯酯的选择性为96.5％，碳酸乙烯酯的收率60.7％。孙予罕(CN1421431A)公布了采用固体碱催化剂催化丙(乙)二醇与尿素反应合成碳酸丙(乙)烯酯，其中固体碱催化剂为碱金属、碱土金属及过渡元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐，以及将它们中的一种或几种浸渍于载体上的固体氧化物(载体为活性炭、氧化铝、氧化硅、分子筛)，最终得到碳酸乙烯酯的选择性最高为98.69％。Xinqiang Zhao等(Journal ofChemical Technology and Biotechnology，2008，83:750-755)考查锌铁氧化物催化剂时，利用充氮气的办法排出反应体系中的氨气，促使反应向右进行，其中，催化剂占反应物总质量的1.5％，在尿素/乙二醇摩尔比为1:8，反应温度为150℃，反应时间2.5h的最优条件下，碳酸乙烯酯的最高收率为66.1％。

综上所述，已报道的金属氧化物、碱土金属等催化剂往往具有催化活性低，制备过程复杂等缺点，限制了尿素醇解制备碳酸乙烯酯的应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种尿素醇解合成碳酸乙烯酯的复配催化剂及制备工艺和应用，得到的复配催化剂催化活性高；催化剂的制备工艺简单，反应过程无毒无害，对环境无污染。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种尿素醇解合成碳酸乙烯酯的复配催化剂制备工艺，包括如下步骤，