CN106000429A - 一种催化剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种催化剂，其包括主催化粉末CuClOMX，其中Cu、Cl、O及M为基础元素，X为辅助元素，M包括Sb、La、Ce中的任意一种或两种以上的组合，X包括Al、In、Zn、P、Sn、Si、Bi中的任意一种或两种以上的组合；所述催化剂可应用于催化合成二甲基二氯硅烷。与现有技术相比，本发明提供的催化剂具有更高的活性和二甲选择性(二甲选择性在82～91％之间，氯甲烷一次转换率在38％以上，波动范围为9％)，可使二甲基二氯硅烷的合成反应更加平稳，并大幅提升二甲基二氯硅烷的生产效率，降低其生产成本，适于大规模生产和应用。

Description

一种催化剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种催化剂及其应用，特别涉及一种可用于合成二甲基二氯硅烷的催化剂，属于粉末冶金和化工领域。
背景技术
有机硅新材料是国民经济发展的基础材料之一，它的结构是由硅-氧链接构成主链，硅原子与其它各种有机基团构成侧链，既能保持有机物的特性，又具有无机物的功能，使它与一般有机物相比具有更好的耐高低温、耐气候老化、电气绝缘、耐臭氧，憎水、难燃、无毒无腐蚀和生理惰性等诸多优势，被制作成改性硅橡胶、硅树脂、硅油、玻璃胶、防水剂、脱模剂等超过5000种产品，广泛应用于电子电气、医疗卫生、国防军工、农业生产和快速消费品等诸多领域。
工业上的有机硅产品为多种官能度的混合物，可用通式MenHmSiCl4-(n+m)表示，式中，n为0～4，m为0～4，(n+m)为0～4。其中以二甲基二氯硅烷的用量最大，约占甲基氯硅烷的90％(质量分数)。制取甲基氯硅烷的方式有多种，现代化工业都是采用直接合成法来批量生产，反应过程如以下反应式：
它是将氯甲烷和硅粉在加热及催化剂的作用下，直接合成甲基氯硅烷的方法。有机硅生产的最大难点在于单体的合成，提高合成的效率以及降低成本是该领域永恒的课题。影响有机硅单体合成的产率和二甲选择性，除了生产装置、原料品质和合成工艺外，催化剂是其关键因素。
现有技术和报道已证实铜元素是当前直接法合成甲基氯硅烷的最有效催化剂，但仅用铜元素作为催化剂不足以获得很好的效果，一般都会在其中复合或添加其它辅助的元素，如锌元素能提高反应的活性增加产量，锡元素可改善二甲基二氯硅烷的获得率(又叫“二甲选择性”)，磷元素可降低副反应的发生几率，氧元素延长反应周期稳定反应进程。一些研究人员通过加入磷等元素制造了铜基合金催化剂，这种催化剂在实际生产应用过程中对于反应的活性和二甲选择性不够稳定，尤其是针对不同硅矿石原料的表现不稳定，二甲选择性的范围在75～90％之间，波动范围在15％以上，整个反应过程波动很大，不利于反应过程的控制和操作。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种催化剂及其应用，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种催化剂，其包括主催化粉末CuClOMX，其中Cu、Cl、O及M为基础元素，X为辅助元素，M包括Sb、La、Ce中的任意一种或两种以上的组合，X包括Al、In、Zn、P、Sn、Si、Bi中的任意一种或两种以上的组合。
较为优选的，所述催化剂还包含0.05～2wt％活化分散剂粉末。
进一步的，所述催化剂的形状包括颗粒状、海绵状、鳞片状中的任意一种或两种以上的组合。
本发明实施例还提供了如前所述的任意一种催化剂于催化合成二甲基二氯硅烷中的用途。
与现有技术相比，本发明提供的催化剂具有更高的活性和二甲选择性(二甲选择性在82～91％之间，氯甲烷一次转换率在38％以上，波动范围为9％)，可使二甲基二氯硅烷的合成反应更加平稳，并大幅提升二甲基二氯硅烷的生产效率，降低其生产成本，适于大规模生产和应用。
附图说明
图1是本发明一典型实施例中一种颗粒状催化剂放大1000倍的照片；
图2是本发明一典型实施例中一种海绵状催化剂放大1000倍的照片；
图3是本发明一典型实施例中一种鳞片状催化剂放大1000倍的照片。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供了一种催化剂，其包括主催化粉末CuClOMX，其中Cu、Cl、O及M为基础元素，X为辅助元素，M包括Sb、La、Ce中的任意一种或两种以上的组合，X包括Al、In、Zn、P、Sn、Si、Bi中的任意一种或两种以上的组合。
进一步的，其中Cu元素以0、+1、+2价态中的任意一种价态或两种以上的价态存在，Cl元素以‐1价态存在，O元素以‐2价态存在，M以0价态和/或+3价态存在。
进一步的，其中Al元素以0价态和/或+3价态存在，In元素以0价态和/或+3价态存在，Zn元素以0价态和/或+2价态存在，P元素以‐3、+3、+5价态中的任意一种价态或两种以上的价态存在，Sn元素以0价态和/或+2价态存在，Si元素以0价态和/或+4价态存在，Bi元素以0价态和/或+3价态存在。
较为优选的，所述主催化粉末包含Cl 0.1～8wt％，O 2～15wt％，M 0.05～5wt％，其余部分包含Cu。
较为优选的，所述主催化粉末中辅助元素的含量小于10wt％。
较为优选的，所述催化剂还包含0.05～2wt％活化分散剂粉末。
进一步的，所述活化分散剂包含：BTA和/或BHA；以及，硬脂酸、硬脂酸锌、棕榈酸中的任意一种或两种以上的组合；且不限于此。
籍由所述活化分散剂至少具有在流化反应中使催化剂分散均匀，表面活化以及抗氧化作用。
进一步的，所述催化剂的形状包括颗粒状、海绵状、鳞片状中的任意一种或两种以上的组合。
本发明实施例的另一个方面提供了所述催化剂于催化合成二甲基二氯硅烷中的用途。
本发明实施例的一个方面提供了一种二甲基二氯硅烷的合成方法，其包括：采用所述的催化剂作为催化剂，使氯甲烷与硅在250～350℃条件下反应生成二甲基二氯硅烷。
以下结合附图及若干实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
前述实施例1～实施例5中，对各催化剂的催化反应效果进行测试的方法包括：在温度为250～350℃的条件下，取所述催化剂作为催化剂，使氯甲烷与硅连续反应，并测试反应产物中的二甲基二氯硅烷的含量。
另外，前述实施例1～实施例5中涉及的具有颗粒状、海绵状、鳞片状的催化剂典型样品的形貌可参阅图1～图3。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种催化剂，其特征在于包括主催化粉末CuClOMX，其中Cu、Cl、O及M为基础元素，X为辅助元素，M包括Sb、La、Ce中的任意一种或两种以上的组合，X包括Al、In、Zn、P、Sn、Si、Bi中的任意一种或两种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：其中Cu元素以0、+1、+2价态中的任意一种价态或两种以上的价态存在，Cl元素以‐1价态存在，O元素以‐2价态存在，M以0价态和/或+3价态存在。
3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：其中Al元素以0价态和/或+3价态存在，In元素以0价态和/或+3价态存在，Zn元素以0价态和/或+2价态存在，P元素以‐3、+3、+5价态中的任意一种价态或两种以上的价态存在，Sn元素以0价态和/或+2价态存在，Si元素以0价态和/或+4价态存在，Bi元素以0价态和/或+3价态存在。
4.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述主催化粉末包含Cl 0.1～8wt％，O2～15wt％，M 0.05～5wt％，其余部分包含Cu。
5.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述主催化粉末中辅助元素的含量小于10wt％。
6.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述催化剂还包含0.05～2wt％活化分散剂粉末。
7.根据权利要求6所述的催化剂，其特征在于：所述活化分散剂包含：BTA和/或BHA；以及，硬脂酸、硬脂酸锌、棕榈酸中的任意一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述催化剂的形状包括颗粒状、海绵状、鳞片状中的任意一种或两种以上的组合。
9.权利要求1-8中任意一项所述催化剂于催化合成二甲基二氯硅烷中的用途。
10.一种二甲基二氯硅烷的合成方法，其特征在于包括：采用权利要求1-8中任意一项所述的催化剂作为催化剂，使氯甲烷与硅在250～350℃条件下反应生成二甲基二氯硅烷。
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