CN103553923A - 一种合成碳酸二月桂酯的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种合成碳酸二月桂酯的生产方法，其具体步骤简述为：（1）制备金属氧化物改性的镁铝水滑石催化剂；（2）在高压反应釜中依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、催化剂，密闭后充压至所需压力，磁力搅拌并加热至反应温度，恒温反应一段时间后冷却，过滤出催化剂进行分析。本发明具有装置简单、反应温度低、反应时间短、原料的转化率和产物的收率高等优点，同时采用的催化剂活性高、稳定性好、易于回收，便于工业化生产和应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳酸二月桂酯的生产方法，具体涉及以金属氧化物改性的镁铝水滑石催化碳酸二甲酯与月桂醇合成碳酸二月桂酯的生产方法。
背景技术
碳酸二月桂酯（简称DDC）是一种透明的油状物或液体，具有良好的润滑性、耐磨性、抗腐蚀性，在润滑油基础油、纺织、聚合物等行业中具有广泛的应用。美国、德国、意大利等国率先进行了长链碳酸二烷基酯作为润滑剂的研究，此外，意大利、日本生产了含长链碳酸二烷基酯的润滑油，如内燃机油、液压油、冷冻机油等。碳酸二月桂酯的传统合成方法主要是光气法，但是原料光气是一种剧毒物质，反应中生成的副产物HCl对设备具有很强的腐蚀性，同时微量氯离子会影响产品质量，因此光气法已逐渐被淘汰。随着人们环保意识的日益加强，非光气法逐渐成为研究的热点，主要合成路线有氧化羰化法、尿素醇解法、酯交换法等。氧化羰化法用于合成长碳链碳酸酯的收率非常低，并且使用了钯等贵金属及其化合物作为反应的催化剂，因而生产成本较高，很难工业化生产。尿素醇解法，产率较低，同时尿素遇热易分解，副产物较多。酯交换法采用无毒、无污染的碳酸二甲酯与月桂醇为原料，从源头上消除了污染，反应条件温和，同时生成的甲醇、未反应的碳酸二甲酯和月桂醇均可回收或循环利用，因此酯交换法合成碳酸二月桂酯是一条非常理想的工艺路线。
目前酯交换基本采用均相酸或碱为催化剂，反应结束后产物分离比较困难，同时需要大量的水进行洗涤，造成严重的环境污染。而采用固体酸或固体碱代替均相催化剂，不仅可以减少环境污染，同时可以降低产物分离的难度，提高产品的质量。相对固体酸而言，固体碱作为酯交换的催化剂具有反应条件温和，反应速度快等优点。范燕平等（Chinese Journal of Chemical Engineering，2009，17(5)：883-886）在带有精馏柱的三颈圆底烧瓶中以KF/MgO为催化剂，研究了碳酸二甲酯与月桂酯酯交换的催化作用，最佳条件下碳酸二甲酯的转化率达86.7%，碳酸二月桂酯的选择性达99.4%。王公应等（化工学报，2009，60（9）：2197-2202）将KNO3负载到HMS上催化酯交换法合成碳酸二月桂酯，碳酸二月桂酯的收率和选择性分别为81.9%和99.5%。从以上文献可以发现反应具有以下缺点：反应均在带有精馏柱的装置中进行，过程中需要收集馏出的共沸物，且在氮气保护下加入月桂醇，操作比较繁琐；反应温度高、反应时间长；催化剂的稳定性差，重复使用几次后，催化活性明显降低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的的不足，而提供了一种合成碳酸二月桂酯的生产方法；本发明以金属氧化物负载改性的镁铝水滑石为催化剂，在高压反应釜中合成碳酸二月桂酯，反应装置简单，催化剂的活性、稳定性高。
本发明的技术方案为：一种合成碳酸二月桂酯的生产方法，其特征是在高压反应釜中以由金属氧化物改性的镁铝水滑石催化碳酸二甲酯与月桂醇合成碳酸二月桂酯；具体步骤为：（1）先将镁铝水滑石进行高温焙烧；（2）然后配制金属盐溶液，将高温焙烧后的水滑石加入到盐溶液中，恒温搅拌浸渍，干燥，焙烧，得到金属氧化物改性的镁铝水滑石；（3）再在高压反应釜中依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、金属氧化物改性的镁铝水滑石作为催化剂，密闭后充压至所需压力，搅拌并加热至反应温度，恒温反应一段时间后冷却，过滤出催化剂后得到碳酸二月桂酯。
优选水滑石的镁铝摩尔比为2-3。优选步骤（1）中水滑石的焙烧温度为300-600℃；焙烧时间为3-5h。
优选所述的金属盐溶液为氯化锡、氯化铁、氯化钴、氯化镍、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硫酸锡、硫酸铁、硫酸钴或硫酸镍中的一种或几种的溶液；金属盐溶液的摩尔浓度为6-12mmol/L。优选金属盐溶液与焙烧后水滑石的质量比为20-100：1。
优选步骤（2）中的浸渍温度为60-80℃；浸渍时间为2-6h。优选步骤（2）中焙烧温度为400-600℃；焙烧时间为3-5h。优选步骤（3）中充压后的压力为1-2Mpa。
优选步骤（3）中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为2-6：1；催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的0.5-1%；反应温度为80-110℃；反应时间为1-3h。
有益效果：
1.反应装置简单。本发明不需要回流、精馏装置。
2.转化率和收率高。本发明中碳酸二甲酯的最高转化率达95%，碳酸二月桂酯的收率达94%。
3.反应温度低、时间短。本发明最高反应温度为110℃，反应时间为3h，而现有报道要达到较高的转化率至少需在140℃左右反应6h以上。
4.催化剂活性高、稳定性好、易于回收。本发明提供的催化剂只需经简单的过滤、洗涤、烘干处理后就可以再次使用，多次使用后仍可保持较高的催化活性。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步阐述。
实施例1
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比2:1，300℃焙烧3h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制6mmol/L氯化锡溶液，按焙烧后的镁铝水滑石和氯化锡溶液的质量比1：20于60℃条件下搅拌浸渍2h，干燥，400℃焙烧3h，得到SnO2改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、SnO2改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为2，催化剂（SnO2改性的镁铝水滑石）用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的0.5%，密闭后充入1Mpa的N2，磁力搅拌并加热至80℃，恒温反应1h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为65%，碳酸二月桂酯的收率为60%。在相同条件下采用未改性的镁铝水滑石为催化剂，碳酸二甲酯的转化率为45%，碳酸二月桂酯的收率为39%。
实施例2
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比2:1，300℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制6mmol/L氯化锡溶液，按焙烧后的镁铝水滑石和氯化锡溶液的质量（简称固液质量）比1：20于60℃条件下搅拌浸渍2h，干燥，400℃焙烧5h，得到SnO2改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、SnO2改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为2，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的0.5%，密闭后充入1Mpa的N2，磁力搅拌并加热至80℃，恒温反应1h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为75%，碳酸二月桂酯的收率为71%。在相同条件下采用未改性的镁铝水滑石为催化剂，碳酸二甲酯的转化率为46%，碳酸二月桂酯的收率为41%。
实施例3
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比2:1，300℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制6mmol/L硫酸锡溶液，按固液质量比1：20于60℃条件下搅拌浸渍2h，干燥，600℃焙烧5h，得到SnO2改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、SnO2改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为2，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的0.5%，密闭后充入1Mpa的N2，磁力搅拌并加热至80℃，恒温反应1h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为73%，碳酸二月桂酯的收率为68%。
实施例4
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比3:1，600℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制12mmol/L氯化锡溶液，按固液质量比1：100于80℃条件下搅拌浸渍6h，干燥，600℃焙烧5h，得到SnO2改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、SnO2改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为6，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的1%，密闭后充入2Mpa的N2，磁力搅拌并加热至110℃，恒温反应3h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为90%，碳酸二月桂酯收率为89%。在相同条件下采用未改性的镁铝水滑石为催化剂，碳酸二甲酯的转化率为49%，碳酸二月桂酯的收率为45%。
实施例5
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比2:1，300℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制6mmol/L氯化铁溶液，按固液质量比1：20于60℃条件下搅拌浸渍2h，干燥，400℃焙烧5h，得到Fe2O3改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、Fe2O3改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为2，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的0.5%，密闭后充入1Mpa的N2，磁力搅拌并加热至80℃，恒温反应1h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率达78%，碳酸二月桂酯的收率为75%。
实施例6
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比3:1，500℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制12mmol/L硫酸铁溶液，按固液质量比1：100于70℃条件下搅拌浸渍2h，干燥，600℃焙烧5h，得到Fe2O3改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、Fe2O3改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为6，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的1%，密闭后充入2Mpa的N2，磁力搅拌并加热至110℃，恒温反应3h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为88%，碳酸二月桂酯的收率为86%。在相同条件下采用未改性的镁铝水滑石为催化剂，碳酸二甲酯的转化率为48%，碳酸二月桂酯的收率为43%。
实施例7
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比3:1，600℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制12mmol/L硝酸铁溶液，按固液质量比1：100于80℃条件下搅拌浸渍6h，干燥，600℃焙烧5h，得到Fe2O3改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、Fe2O3改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为6，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的1%，密闭后充入2Mpa的N2，磁力搅拌并加热至110℃，恒温反应3h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为91%，碳酸二月桂酯的收率为90%。
实施例8
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比2:1，300℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制6mmol/L氯化钴溶液，按固液质量比1：20于60℃条件下搅拌浸渍2h，干燥，400℃焙烧5h，得到Co2O3改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、Co2O3改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为2，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的0.5%，密闭后充入1Mpa的N2，磁力搅拌并加热至80℃，恒温反应1h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为76%，碳酸二月桂酯的收率为73%。
实施例9
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比3:1，500℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制12mmol/L硫酸钴溶液，按固液质量比1：100于70℃条件下搅拌浸渍2h，干燥，600℃焙烧5h，得到Co2O3改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、Co2O3改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为6，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的1%，密闭后充入2Mpa的N2，磁力搅拌并加热至110℃，恒温反应3h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为87%，碳酸二月桂酯的收率为85%。
实施例10
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比3:1，600℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制12mmol/L硝酸钴溶液，按固液质量比1：100于80℃条件下搅拌浸渍6h，干燥，600℃焙烧5h，得到Co2O3改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、Co2O3改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为6，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的1%，密闭后充入2Mpa的N2，磁力搅拌并加热至110℃，恒温反应3h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为89%，碳酸二月桂酯的收率为88%。
实施例11
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比2:1，300℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制6mmol/L氯化镍溶液，按固液质量比1：20于60℃条件下搅拌浸渍2h，干燥，400℃焙烧5h，得到Ni2O3改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、Ni2O3改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为2，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的0.5%，密闭后充入1Mpa的N2，磁力搅拌并加热至80℃，恒温反应1h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为74%，碳酸二月桂酯的收率为69%。
实施例12
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比3:1，500℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制12mmol/L硫酸镍溶液，按固液质量比1：100于70℃条件下搅拌浸渍2h，干燥，600℃焙烧5h，得到Ni2O3改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、Ni2O3改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为6，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的1%，密闭后充入2Mpa的N2，磁力搅拌并加热至110℃，恒温反应3h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为84%，碳酸二月桂酯的收率为81%。
实施例13
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比3:1，600℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制12mmol/L硝酸镍溶液，按固液质量比1：100于80℃条件下搅拌浸渍6h，干燥，600℃焙烧5h，得到Ni2O3改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、Ni2O3改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为6，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的1%，密闭后充入2Mpa的N2，磁力搅拌并加热至110℃，恒温反应3h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为87%，碳酸二月桂酯的收率为86%。
实施例14
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比3:1，600℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制12mmol/L氯化锡和硝酸铁(其中氯化锡和硝酸铁的摩尔比为1:4)混合溶液，按固液质量比1：100于80℃条件下搅拌浸渍6h，干燥，600℃焙烧5h，得到SnO2和Fe2O3复合改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、SnO2和Fe2O3复合改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为6，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的1%，密闭后充入2Mpa的N2，磁力搅拌并加热至110℃，恒温反应3h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为95%，碳酸二月桂酯的收率为94%。
实施例15
制备镁铝水滑石，镁盐和铝盐摩尔比3:1，600℃焙烧5h，得焙烧后的镁铝水滑石；配制12mmol/L硫酸钴和硝酸镍(其中硫酸钴和硝酸镍的摩尔比为2:3)混合溶液，按固液质量比1：100于80℃条件下搅拌浸渍6h，干燥，600℃焙烧5h，得到Co2O3和Ni2O3复合改性的镁铝水滑石。
酯交换反应在高压反应釜中进行，依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、Co2O3和Ni2O3复合改性的镁铝水滑石，其中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为6，催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的1%，密闭后充入2Mpa的N2，磁力搅拌并加热至110℃，恒温反应3h，采用气相色谱进行分析，碳酸二甲酯的转化率为93%，碳酸二月桂酯的收率为92%。
Claims (9)
1.一种合成碳酸二月桂酯的生产方法，其具体步骤为：（1）先将镁铝水滑石进行高温焙烧；（2）然后配制金属盐溶液，将高温焙烧后的水滑石加入到盐溶液中，恒温搅拌浸渍，干燥，焙烧，得到金属氧化物改性的镁铝水滑石；（3）再在高压反应釜中依次加入月桂醇、碳酸二甲酯、金属氧化物改性的镁铝水滑石作为催化剂，密闭后充压，搅拌并加热至反应温度，恒温反应后冷却，过滤后得到碳酸二月桂酯。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于水滑石的镁铝摩尔比为2-3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（1）中水滑石的焙烧温度为300-600℃；焙烧时间为3-5h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的金属盐溶液为氯化锡、氯化铁、氯化钴、氯化镍、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硫酸锡、硫酸铁、硫酸钴或硫酸镍中的一种或几种的溶液；金属盐溶液的摩尔浓度为6-12mmol/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于盐溶液与焙烧后水滑石的质量比为20-100：1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（2）中的浸渍温度为60-80℃；浸渍时间为2-6h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（2）中焙烧温度为400-600℃；焙烧时间为3-5h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（3）中充压后的压力为1-2Mpa。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（3）中月桂醇与碳酸二甲酯的摩尔比为2-6：1；催化剂用量为月桂醇和碳酸二甲酯总质量的0.5-1%；反应温度为80-110℃；反应时间为1-3h。
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