[发明专利]一种镁铝镧复合氧化物催化合成碳酸甲乙酯的方法

说明书

一种镁铝镧复合氧化物催化合成碳酸甲乙酯的方法，以碳酸二甲酯与碳酸二乙酯为原料在镁铝镧复合氧化物的催化作用下合成得到碳酸甲乙酯，其特征在于，所述镁铝镧复合氧化物是以镁铝镧类水滑石在400～600℃下焙烧2～8 h所得产物，所述镁铝镧类水滑石的结构通式为：Mg²⁺_1‑x‑yAl³⁺_xLa³⁺_y(OH)₂(CO₃^2‑)_(x+y)/2·mH₂O，其中，0.2≦x+y≦0.5，1≦x/y≦9，m为结晶水数目，1≦m≦8。本发明提供的方法具有以下优点：催化剂制备过程简单，生产成本低，产物的收率高，催化剂易于分离且具有良好的重复使用性能。

技术领域

本发明涉及催化合成碳酸甲乙酯的方法，特别涉及一种镁铝镧复合氧化物催化合成碳酸甲乙酯的方法。

背景技术

碳酸甲乙酯是一种环境友好的不对称有机碳酸酯，主要用作有机合成中间体和溶剂，特别是用作锂离子电池中电解质的溶剂。与传统锂离子电池电解质溶剂相比，碳酸甲乙酯的优点在于能提高电池的能量密度和放电容量，提升安全性能，延长使用寿命，且具有良好的低温使用性能等。

根据使用原料的不同，EMC的合成路线主要有以下三条：(1)、氯甲酸甲酯和乙醇酯交换法；(2)、碳酸二甲酯和乙醇酯交换法；(3)、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯酯交换法。路线（1）中原料氯甲酸甲酯毒性较大，且反应副产强腐蚀性的HCl，因此逐步被淘汰。路线（2）的反应产物中会形成碳酸二甲酯-甲醇、碳酸二乙酯-乙醇、碳酸甲乙酯-乙醇等共沸体系，产物分离提纯的难度非常高。同时，锂离子电池溶剂对醇类的含量要求非常严格（甲醇≦0.032 mg/ml, 乙醇≦0.029 mg/ml）。上述原因使路线（2）的应用受到限制。路线（3）是近年来最受关注的碳酸甲乙酯合成路线，它的优点是反应原料及产物均可作为锂离子电池电解质溶剂，因此无需分离就可直接使用，电解质溶剂要求的三种酯的比例可以通过原料配比及控制反应进行的程度来调整。

碳酸二甲酯与碳酸二乙酯酯交换合成碳酸甲乙酯工艺路线的关键技术在于高效催化剂的开发。近年来，国内外研究机构及大型锂电池生产厂商开始关注此方面的研究。文献报道了金属有机化合物、碱性离子液体、负载型金属氧化物、分子筛和金属有机框架材料等类型催化剂。2003年，沈振陆等（Catalysis Letters, 2003, 91, 63-67）发现固体碱MgO对上述反应具有较高的催化活性。2007年，陈英等（天津大学学报, 2007, 40, 285-288）发现以Mg-Al复合金属氧化物为催化剂时，在碳酸二甲酯与碳酸二乙酯的物质的量之比为1：1，反应温度103℃，时间4h的条件下，碳酸甲乙酯的收率为45.8%。结果表明Mg-Al复合金属氧化物的催化活性有待提高，需要较长的反应时间才能使反应接近平衡。2010年，贾明君等（Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2010, 327, 32–37）等开发了介孔炭NC-2负载的MgO催化剂，在催化剂用量4 wt%，反应温度103℃，时间0.5 h的条件下，碳酸甲乙酯的收率即可达到49.3%。2014年，王军等（Catalysis Letters, 2014, 144, 1602-1608）采用气相蒸发诱导法制备了具有介孔结构的铝酸镁尖晶石催化材料，在催化剂用量5wt%，反应温度103℃，时间0.5 h的条件下，碳酸甲乙酯的收率为49.0%。

尽管现有技术中采用的MgO/NC-2与铝酸镁尖晶石可以在较短的时间内促进反应达到平衡状态，但它们的制备过程复杂，价格昂贵，难以实现大规模应用。因此，开发一种具有高活性、高稳定性、制备过程简单、价格低廉且易于分离的多相催化材料仍然是本领域的技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁铝镧复合氧化物催化合成碳酸甲乙酯的方法，该方法所涉及的催化剂制备过程简单，价格低廉，易于分离且具有良好的重复使用性能，产物的收率高。