CN107216348A - 一种直接法制备四甲氧基硅烷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种直接法制备四甲氧基硅烷的方法，步骤如下：(1)称取硅粉和催化剂并进行混合、搅匀，然后放进粉碎机中进行粉碎；(2)把粉碎过的硅粉和催化剂混合物倒入固定床反应器中，组合装置，把反应器装置放进管式加热炉中；(3)先向固定床反应器中通入氮气，对管式炉进行程序升温，升温至240℃，并保持240℃处理2h；(4)将固定床反应器的内温度降至220℃，开始改换通甲醇，0.5h后开始进行反应计时，进行反应，反应产物即为四甲氧基硅烷。本发明采用的原料为硅粉和甲醇，一步合成四甲氧基硅烷。与传统方法相比，此方法更为环保、绿色，产物中不产生有害气体氯化氢。
Description
技术领域
本发明涉及有机化学和催化化学领域，具体是一种直接法制备四甲氧基硅烷的方法。
背景技术
四甲氧基硅烷是四甲氧基硅烷可作为有机硅合成、抗热漆制造、粘合剂、电子工业等领域的绝缘材料,也是光学玻璃处理剂及凝结剂等的重要原材料其应用广泛,所以其合成一直受到化工行业的关注。
传统的合成法是将四氯化硅与甲醇直接液相反应,通过控制四氯化硅与甲醇的配比控制反应速度,产生的四甲氧基硅烷需要通过进一步的精馏提纯工艺方可达到99％以上的纯度。该种传统的四甲氧基硅烷合成方法其分为两个操作流程,首先是反应合成阶段,其次是将合成的粗产物进行提纯即分离的阶段。
传统的制备四甲氧基硅烷的方法,由于四氯化硅与甲醇直接液相反应后，产生有氯化氢气体，对大气环境造成很大的污染，不符合绿色化学发展的要求。且其反应产物四甲氧基硅烷的选择性不高，还需要进行复杂的精馏提纯，操作过于复杂。
因此，寻找一种更为绿色有效的方法来生产四甲氧基硅烷具有重大的意义。
发明内容
本发明要解决的问题是探究出一种更为绿色环保的直接法制备四甲氧基硅烷的方法，该生产方法更符合未来化工发展的方向，也更适合工业化生产。
本发明采用以下技术方案：
硅粉和催化剂混合，在粉碎机中进行粉碎；将粉碎过的硅粉和催化剂混合物装填入固定床反应器中，通入氮气升温至240℃，并保持240℃处理2h；将固定床反应器的内温度降至220℃，开始通甲醇，进行反应，反应产物即为四甲氧基硅烷，在给定温度下连续取样lh，冰水浴冷凝收集产物，用气相色谱进行分析。
一种直接法制备四甲氧基硅烷的方法，步骤如下：
(1)称取硅粉和催化剂并进行混合、搅匀，然后放进粉碎机中进行粉碎；
(2)把粉碎过的硅粉和催化剂混合物倒入固定床反应器中，组合装置，把反应器装置放进管式加热炉中；
(3)先向固定床反应器中通入氮气，对管式炉进行程序升温，升温至240℃，并保持240℃处理2h；
(4)将固定床反应器的内温度降至220℃，开始改换通甲醇，0.5h后开始进行反应计时，进行反应，反应产物即为四甲氧基硅烷。
步骤(1)中的催化剂为氧化亚铜或氧化铜。
步骤(1)中催化剂、硅粉的质量比为2:25。
步骤(2)中装填的粉碎过的催化剂与硅粉混合物为30mL。
步骤(2)中在固定床反应器中装入直径3mm玻璃珠，使甲醇气体与硅触体接触时间更长，反应更充分。
步骤(3)固定床中通入氮气的流量为15mL/min。
步骤(3)程序升温步骤为：初始温度15℃，最终温度240℃，升温时间1h。
步骤(4)甲醇的流量为0.1mL/min。
步骤(4)反应计时以0.5或1h为单位，收集产物并进行检测。
本发明的优点在于：
(1)本发明采用的原料为硅粉和甲醇，一步合成四甲氧基硅烷。与传统方法相比，此方法更为环保、绿色，产物中不产生有害气体氯化氢。
(2)本发明采用的原料为硅粉和甲醇，原料易于获得，价格相对便宜，更符合工业化生产。
(3)本发明中硅粉与甲醇反应是气固反应，反应物接触面更大，更利于充分反应。
(4)本发明中硅粉与甲醇直接反应生成四甲氧基硅烷的选择性可达90％以上。
附图说明
图1为Cu2O催化硅粉与甲醇直接反应结果；
图2为CuO催化甲醇与硅粉直接反应结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
在电子天平上称取40g硅粉和3.2g Cu2O，混合、搅匀，倒入粉碎机中进行粉碎，粉碎时间1min。取30mL粉碎过的硅粉和氧化亚铜倒入固定床反应器中，组合固定床反应器，放置在循环式管式炉中。向固定床反应器通入氮气，氮气流量15mL/min，开始进行程序升温，初始温度为15℃，最终温度为240℃，升温时间1h，并保持240℃处理4h。然后，改换通甲醇，甲醇流量0.1mL/min，先反应0.5h，再开始计时，在220℃反应1h，用离心管取样，在气相色谱仪上进行检测。计算甲醇转化率、四甲氧基硅烷的选择性。实验结果如图1。
实施例2：
在电子天平上称取40g硅粉和3.2g Cu2O，混合、搅匀，倒入粉碎机中进行粉碎，粉碎时间1min。取30mL粉碎过的硅粉和氧化亚铜倒入固定床反应器中，组合固定床反应器，放置在循环式管式炉中。向固定床反应器通入氮气，氮气流量15mL/min，开始进行程序升温，初始温度为15℃，最终温度为240℃，升温时间1h，并保持240℃处理4h。然后，改换通甲醇，甲醇流量0.1mL/min，先反应0.5h，再开始计时，在240℃各反应1h，用离心管取样，在气相色谱仪上进行检测。计算甲醇转化率、四甲氧基硅烷的选择性。实验结果如图1。
实施例3：
在电子天平上称取40g硅粉和3.2g Cu2O，混合、搅匀，倒入粉碎机中进行粉碎，粉碎时间1min。取30mL粉碎过的硅粉和氧化亚铜倒入固定床反应器中，组合固定床反应器，放置在循环式管式炉中。向固定床反应器通入氮气，氮气流量15mL/min，开始进行程序升温，初始温度为15℃，最终温度为240℃，升温时间1h，并保持240℃处理4h。然后，改换通甲醇，甲醇流量0.1mL/min，先反应0.5h，再开始计时，在260℃各反应1h，用离心管取样，在气相色谱仪上进行检测。计算甲醇转化率、四甲氧基硅烷的选择性。实验结果如图1。
实施例4：
在电子天平上称取40g硅粉和3.2g CuO，混合、搅匀，倒入粉碎机中进行粉碎，粉碎时间1min。取30mL粉碎过的硅粉和氧化亚铜倒入固定床反应器中，组合固定床反应器，放置在循环式管式炉中。向固定床反应器通入氮气，氮气流量15mL/min，开始进行程序升温，初始温度为15℃，最终温度为240℃，升温时间1h，并保持240℃处理2h。然后，改换通甲醇，甲醇流量0.1mL/min，先反应0.5h，再开始计时，在220℃各反应1h，用离心管取样，在气相色谱仪上进行检测。计算甲醇转化率、四甲氧基硅烷的选择性。实验结果如图2。
实施例5：
在电子天平上称取40g硅粉和3.2g CuO，混合、搅匀，倒入粉碎机中进行粉碎，粉碎时间1min。取30mL粉碎过的硅粉和氧化亚铜倒入固定床反应器中，组合固定床反应器，放置在循环式管式炉中。向固定床反应器通入氮气，氮气流量15mL/min，开始进行程序升温，初始温度为15℃，最终温度为240℃，升温时间1h，并保持240℃处理2h。然后，改换通甲醇，甲醇流量0.1mL/min，先反应0.5h，再开始计时，在240℃各反应1h，用离心管取样，在气相色谱仪上进行检测。计算甲醇转化率、四甲氧基硅烷的选择性。实验结果如图2
实施例6：
在电子天平上称取40g硅粉和3.2g CuO，混合、搅匀，倒入粉碎机中进行粉碎，粉碎时间1min。取30mL粉碎过的硅粉和氧化亚铜倒入固定床反应器中，组合固定床反应器，放置在循环式管式炉中。向固定床反应器通入氮气，氮气流量15mL/min，开始进行程序升温，初始温度为15℃，最终温度为240℃，升温时间1h，并保持240℃处理2h。然后，改换通甲醇，甲醇流量0.1mL/min，先反应0.5h，再开始计时，在260℃各反应1h，用离心管取样，在气相色谱仪上进行检测。计算甲醇转化率、四甲氧基硅烷的选择性。实验结果如图2。
Claims (3)
1.一种直接法制备四甲氧基硅烷的方法，其特征在于，步骤如下：
硅粉和催化剂混合，在粉碎机中进行粉碎；将粉碎过的硅粉和催化剂混合物装填入固定床反应器中，通入氮气升温至240℃，并保持240℃处理2h；将固定床反应器的内温度降至220℃，开始通甲醇，进行反应，反应产物即为四甲氧基硅烷，在给定温度下连续取样1h，冰水浴冷凝收集产物，用气相色谱进行分析。
2.根据权利要求1所述的一种直接法制备四甲氧基硅烷的方法，其特征在于，所述的催化剂为氧化亚铜或氧化铜；催化剂、硅粉的质量比为2:25。
3.根据权利要求1所述的一种直接法制备四甲氧基硅烷的方法，其特征在于，所装填的粉碎过的催化剂与硅粉混合物为30mL；甲醇的流量为0.1mL/min。反应温度220-260℃。
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