[发明专利]一步法制备一氯甲烷的方法

说明书

本发明公开了一种高选择性一步法制备一氯甲烷的方法，其包括：在反应器中，在作为催化剂的铜掺杂二氧化钛化合物的存在下，在光照条件下，使甲烷气体或含甲烷气体与作为氯源的氯盐在0–100℃下反应10–600min。本发明的方法对目标产物一氯甲烷的选择性高，几乎没有多氯代甲烷副产物，使得反应后的氯甲烷产物纯度高且易分离。而且，本发明的方法具有反应过程简单、周期短、反应条件温和、催化剂廉价易得且可重复使用、反应物原料来源广泛且廉价易得，尤其可以直接使用天然气或沼气作为原料气等优点，为从天然气、页岩气或沼气等含甲烷气体出发来制备一氯甲烷产物提供新的合成途径，具有广阔的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高选择性地制备一氯甲烷的新方法。

背景技术

一氯甲烷作为一种重要的化工原料，可用于生产四甲基氯硅烷、甲基纤维素和季铵化合物等，同时还广泛用作溶剂、提取剂、甲基化试剂，在建筑、纺织、电子、电器、机械、交通、化工、医疗食品、航空、航天等行业起着重要作用。目前工业上生成一氯甲烷普遍采用:甲烷氯化法和甲醇氢氯化法。但这两种方法均需要较高的温度而且易生成副产物如二氯甲烷、二甲醚等，一氯甲烷的选择性不理想，使得反应后需要进一步的分离纯化进而导致生产成本的上升。

考虑到工业生产的成本以及能源危机和环境污染问题，本领域需要更加绿色、反应过程简单、反应条件温和且高选择性地制备一氯甲烷的新方法。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种在温和条件下高选择性地制备一氯甲烷的绿色新方法。

为此，本发明提供了一种一步法制备一氯甲烷的方法，所述方法包括：在反应器中，在作为催化剂的铜掺杂二氧化钛化合物的存在下，在光照条件下，使甲烷气体或含甲烷气体与作为氯源的氯盐在0–100℃的反应温度下反应10–600min。

在优选实施方案中，所述含甲烷气体是天然气、页岩气、可燃冰或沼气。

在优选实施方案中，所述氯盐是选自氯化钠、氯化钾、氯化锂、氯化镁和海水结晶(食)盐中的一种或多种。

在优选实施方案中，在所述催化剂中，铜和钛的原子摩尔比为 0.005～0.1:1。

在优选实施方案中，所述光照条件的光照强度为10–2000mW/cm²。

在优选实施方案中，用于所述光照条件的光源是选自氙灯、LED灯、钨灯和汞灯中的一种或多种。

在优选实施方案中，所述反应温度为20–60℃并且所述的反应时间为 100–480min。

在优选实施方案中，所述反应器为石英反应器、玻璃反应器或固定床反应器。

在优选实施方案中，所述反应器中甲烷气体或含甲烷气体的压力为 0.1MPa～10MPa 。

在优选实施方案中，所述催化剂与所述氯盐的质量比为0.01～0.5:1。

本发明的方法通过使用氯盐作为氯源，并且使用特定的掺杂催化剂在光照条件下反应，而这样的光催化反应可以使反应过程中形成的甲基自由基(·CH₃)稳定，使得几乎没有多氯代甲烷副产物产生，由此对目标产物一氯甲烷具有高选择性(总体在70％以上，甚至高达90％以上)，并且使得反应后的目标产物易于分离。

本发明的方法具有反应过程简单、周期短、反应条件温和、催化剂廉价易得且可重复使用、反应物原料来源广泛且廉价易得，尤其可以直接使用天然气或沼气作为原料等优点，不仅可以实现温和条件下高选择性地制备一氯甲烷，降低工业生成工序和成本，还能大大缓解能源危机和环境污染问题。

此外，本发明为从天然气或沼气等含甲烷气体出发来制备一氯甲烷产物提供新的合成途径，并且具有广阔的工业应用前景。

附图说明