[发明专利]一种离子液体催化合成碳酸二甲酯的方法

说明书

一种离子液体催化合成碳酸二甲酯的方法，使用双功能化离子液体作为催化剂，使碳酸乙烯酯与甲醇进行酯交换反应，当催化剂用量为碳酸乙烯酯的0.5～10mol％，碳酸乙烯酯与甲醇的摩尔比为1:5～30，反应温度为40～70℃，反应时间为2～12h，可高转化率和选择性地合成碳酸二甲酯和乙二醇。该方法具有以下优点：1选用双功能离子液体作为催化剂，具有均相反应的效果及非均相催化剂的特点，克服了传统固体催化剂和均相催化剂的缺点。催化活性高，易于分离，可循环使用，对环境无污染。2将双功能离子液体应用于该反应体系，催化剂阴阳离子可协同活化反应物，具有更高的催化活性；并且催化剂的合成操作简单、易行。

技术领域

本发明涉及一种碳酸二甲酯的合成方法，具体是一种采用双功能化离子液体催化碳酸乙烯酯与甲醇酯交换制备碳酸二甲酯的方法。

背景技术

在链状碳酸酯中，碳酸二甲酯(DMC)的用途尤为广泛。它是一种常用的溶剂，还可用作燃料的增稠剂，另外，作为一种绿色的羰基化试剂和甲基化试剂，可替代剧毒的光气、氯甲酸甲酯、硫酸二甲酯等制备碳酸二苯酯、异氰酸酯、四甲氧基硅烷，还可以合成芳香聚碳酸酯。因而是一种极具发展前景的绿色化工产品。

碳酸二甲酯目前的合成方法主要有光气合成法、甲醇氧化羰基化法、尿素醇解法、CO₂和甲醇为原料直接合成法、酯交换法。由于光气的毒性，传统的光气合成法现已被禁用。氧化羰基化法所用原料为CO、O₂和甲醇，要求昂贵的造气过程，成本较高，且有爆炸危险。目前，以CO₂、环氧化物和甲醇为原料，经由环氧化物与CO₂环加成生成碳酸乙烯酯，所得碳酸乙烯酯与甲醇酯交换制备碳酸二甲酯的两步法，可使酯交换产率达到96％，同时该反应可联产乙二醇(EG)，使原料利用率达100％。

目前已报道的经由碳酸乙烯酯和甲醇酯交换制备碳酸二甲酯的反应中，多采用酸性或碱性催化剂，总体而言，碱性催化剂的催化活性更为理想。由于均相碱性催化剂具有传质优越性，催化效果优于非均相催化剂，因而目前工业上均采用均相碱催化剂，如甲醇钠等可溶性碱类，催化酯交换反应(李生志.酯交换法生产碳酸二甲酯的工艺研究[硕士学位论文].天津：天津大学，2004)。碱金属碳酸盐、氢氧化物、烷氧化物、钨酸盐、季铵盐等分子催化剂同样可以有效地催化碳酸乙烯酯、甲醇(醇类)制备碳酸二甲酯的反应(De FilippisP,Scarsella M,Orgianni C.Energ.Fuel.,2005,20,17～20.Han M,Lee B,AhnB.React.Kinet.Catal.Lett.,2001,73,33～38.Sankar M,Nair C M,Murty K V GK.Appl.Catal.A-Gen.,2006,312,108～114.)。然而，上述催化体系存在产物与催化剂的分离以及催化剂的回收利用等难以解决的问题。为解决这一问题，许多固体碱催化剂也被开发出来用于碳酸二甲酯的合成，如碱金属氧化物、多元酸的无机盐、水滑石及蒙脱土、碱性离子交换树脂等(Bhanage B M,Fujita S-I,IkushimaY,et al.Appl.Catal.A-Gen.,2001,219,259～266；De Filippis P,Scarsella M,Borgianni C,et al.Energ.Fuel.2005,20,17～20；Watanabe Y,Tatsumi T.Micropor Mesopor Mater.1998,22,399～407；Dhuri SM,Mahajani V V.J.Chem.Technol.Biot.,2006,81,62～69)。

作为一种新型的催化剂，离子液体有很多特殊的特点，如热稳定性、蒸气压忽略不计、催化效率高、容易回收利用、环境友好等，因此越来越引起人们的关注。