CN104961720A - 一种碳酸丙烯酯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种碳酸丙烯酯的制备方法，其特征是：将尿素与1,2-丙二醇按摩尔比1:1-6加入高压釜中，在氧化镁-氧化锌复合稀土氧化物催化剂上进行反应，催化剂用量为尿素的1-3wt%，搅拌升温，反应温度为120-180℃，反应时间为0.5-4h，反应完毕后停止搅拌，冷却至室温，釜液经蒸馏分离即得产物碳酸丙烯酯。其优点是：尿素与丙二醇直接生成碳酸丙烯酯工艺简单，易实现产业化生产；制备过程反应速率快，转化率、产品收率高；所使用的原料价格便宜，操作简便、安全，是十分有工业应用价值的反应；制得的碳酸丙烯酯无毒、可生物降解、使用性能优良、应用范围广泛。

Description

一种碳酸丙烯酯的制备方法
技术领域
本发明涉及碳酸丙烯酯的制备，尤其涉及尿素与丙二醇工业合成制备碳酸丙烯酯。 
背景技术
有机碳酸酯是一类低毒、污染小、用途广泛的化学物质，按结构可分为环状碳酸酯和直链碳酸二酯两类。碳酸丙烯酯（简称PC）是环状碳酸酯中应用较为广泛的一种，是一种性能优良的高沸点及高极性有机溶剂和精细化学品合成中间体。由于PC对二氧化碳、硫化氢及某些有机硫具有较大亲和力，而对氢气、氮气、一氧化碳、甲烷、氧气等溶解度很小，可将其用于吸收天然气和合成氨原料气中的二氧化碳和硫化氢气体。碳酸丙烯酯是一种稳定的电池电解液，可以承受恶劣条件下的光、热及化学变化。它还是抽提石油组分、生漆、增塑剂等难溶物的良好溶剂，在石油化工领域和纺织印染工业得到较好的应用。同时，也是酯交换法生产碳酸二甲酯的原料。近年来，国内很多尿素生产厂家采用碳酸丙烯酯作为尿素脱碳溶剂，碳酸丙烯酯的需求量大为增加。
碳酸丙烯酯的合成方法包括光气法、酯交换法、氯丙醇法、环氧丙烷与二氧化碳合成法、丙烯与二氧化碳合成法和尿素醇解法等。其中，光气法和CO2与环氧丙烷合成法是目前国内外工业上常用的方法。尿素和丙二醇（PG）醇解合成PC是目前国内外正处于研究探索的一条路线，此过程具有反应条件温和、操作安全、原料安全、对环境负面影响小等优点，但目前对此方法的研究还相对较少。
发明内容
本发明中的目的在于提供一种以清洁、无毒、环保、廉价的尿素和丙二醇作为原料，制备过程反应速率快，转化率、选择性及产品收率高的碳酸丙烯酯的制备方法。
本发明的方法如下：
1）将尿素与1,2-丙二醇按摩尔比1:1-6加入高压釜中，在氧化镁-氧化锌复合稀土氧化物催化剂上进行反应，催化剂用量为尿素的1-3wt%，搅拌升温，反应温度为120-180℃，反应时间为0.5-4h，反应完毕后停止搅拌，冷却至室温，釜液经蒸馏分离即得产物碳酸丙烯酯；
2）所述氧化镁-氧化锌复合稀土氧化物催化剂采用共沉淀法制备，将1mol/L Mg(NO3)2和1mol/L Zn(NO3)2混合溶液，搅拌升温至45℃，缓慢加入1mol/L的Na2CO3溶液，控制时间约30min，调pH值至8-9，保持45℃老化2h，静置、过滤、洗涤，110℃干燥12h，采用浸渍的方法，将1mol/L的硝酸镧、硝酸铈浸渍在干燥后的物料上，浸渍12小时，110℃干燥3h，500℃下焙烧3h；其中Mg:Zn的摩尔比为1-4:1，稀土氧化物的质量百分比为0.1-1%。
优选地，在本发明中所述尿素与1,2-丙二醇的摩尔比为1:3.5-4.5。
优选地，在本发明中所述氧化镁-氧化锌复合稀土氧化物催化剂的用量为1.5-2.5wt%。
优选地，在本发明中所述的反应温度为150-170℃。
优选地，在本发明中所述的反应时间为1.5-2.5h。
本发明优点是：尿素与丙二醇直接生成碳酸丙烯酯工艺简单，易实现产业化生产；制备过程反应速率快，转化率、产品收率高；所使用的原料价格便宜，操作简便、安全，是十分有工业应用价值的反应；制得的碳酸丙烯酯无毒、可生物降解、使用性能优良、应用范围广泛。
具体实施方式
实施例1
1、催化剂的制备：
氧化镁-氧化锌复合稀土氧化物（优选氧化镧、氧化铈）催化剂：
采用共沉淀法制备，将1mol/L Mg(NO3)2和1mol/L Zn(NO3)2混合溶液，搅拌升温至45℃，缓慢加入1mol/L的Na2CO3溶液，控制时间约30min，调pH值至8-9，保持45℃老化2h，静置、过滤、洗涤，110℃干燥12h。采用浸渍的方法，将1mol/L的硝酸镧、硝酸铈浸渍在干燥后的催化剂上，浸渍12小时，110℃干燥3h，500℃下焙烧3h。其中Mg:Zn的摩尔比为2:1。稀土氧化物的质量百分比为0.5%；
2、碳酸丙烯酯的制备：
尿素与1,2-丙二醇摩尔比为1:3.5-4.5，在氧化镁-氧化锌复合稀土氧化物催化剂上（催化剂用量为二甲醚2wt%），反应温度为150-170℃，反应时间为1.5-2.5h，尿素与1,2-丙二醇直接合成碳酸丙烯酯，尿素转化率为98%，碳酸丙烯酯收率为85%。
实施例2
1、催化剂的制备
氧化镁-氧化锌复合稀土氧化物（优选氧化镧、氧化铈）催化剂：
采用共沉淀法制备，将1mol/L Mg(NO3)2和1mol/L Zn(NO3)2混合溶液，搅拌升温至50℃，缓慢加入1mol/L的Na2CO3溶液，控制时间约30min，调pH值至8-9，保持50℃老化2h，静置、过滤、洗涤，110℃干燥12h。采用浸渍的方法，将1mol/L的硝酸镧、硝酸铈浸渍在干燥后的催化剂上，浸渍12小时，110℃干燥3h，550℃下焙烧3h。其中Mg:Zn的摩尔比为2:1。稀土氧化物的质量百分比为0.5%；
2、碳酸丙烯酯的制备：
尿素与1,2-丙二醇摩尔比为1:3.5-4.5，在氧化镁-氧化锌复合稀土氧化物催化剂上（催化剂用量为二甲醚1.5wt%），反应温度为150-170℃，反应时间为1.5-2.5h，尿素与1,2-丙二醇直接合成碳酸丙烯酯，尿素转化率为90%，碳酸丙烯酯收率为75%。
实施例3
1、催化剂的制备
氧化镁-化锌复合稀土氧化物（优选氧化镧、氧化铈）催化剂：
采用共沉淀法制备，将1mol/L Mg(NO3)2和1mol/L Zn(NO3)2混合溶液，搅拌升温至65℃，缓慢加入1mol/L的Na2CO3溶液，控制时间约30min，调pH值至7-8，保持65℃老化2h，静置、过滤、洗涤，110℃干燥12h。采用浸渍的方法，将1mol/L的硝酸镧、硝酸铈浸渍在干燥后的催化剂上，浸渍12小时，110℃干燥3h，600℃下焙烧3h。其中Mg:Zn的摩尔比为2:1。稀土氧化物的质量百分比为0.5%；
2、碳酸丙烯酯的制备：
尿素与1,2-丙二醇摩尔比为1:3.5-4.5，在氧化镁-氧化锌复合稀土氧化物催化剂上（催化剂用量为二甲醚2.5wt%），反应温度为150-170℃，反应时间为1.5-2.5h，尿素与1,2-丙二醇直接合成碳酸丙烯酯，尿素转化率为100%，碳酸丙烯酯收率为83%。

Claims (5)

1.一种碳酸丙烯酯的制备方法，其特征是：将尿素与1,2-丙二醇按摩尔比1:1-6加入高压釜中，在氧化镁-氧化锌复合稀土氧化物催化剂上进行反应，催化剂用量为尿素的1-3wt%，搅拌升温，反应温度为120-180℃，反应时间为0.5-4h，反应完毕后停止搅拌，冷却至室温，釜液经蒸馏分离即得产物碳酸丙烯酯。
2.根据权利要求1所述的碳酸丙烯酯的制备方法，其特征在于所述尿素与1,2-丙二醇的摩尔比为1:3.5-4.5。
3.根据权利要求1所述的碳酸丙烯酯的制备方法，其特征在于所述氧化镁-氧化锌复合稀土氧化物催化剂的用量为1.5-2.5wt%。
4.根据权利要求1所述的碳酸丙烯酯的制备方法，其特征在于所述的反应温度为150-170℃。
5.根据权利要求1所述的碳酸丙烯酯的制备方法，其特征在于所述的反应时间为1.5-2.5h。
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