[發明專利]離子液體與納米金共催化甲烷直接氧化制備甲醇的方法

無效

• 申請號: 201110185631.1
• 申請日: 2011-07-04
• 公開（公告）號: CN102304016A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 于長順;宋云保;曲豐作;馬英沖;王少君;付泉
• 申請（專利權）人: 大連工業大學;大連天寶化學工業有限公司
• 主分類號: C07C31/04
• 分類號: C07C31/04;C07C29/48
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 畢進

技術領域

本發明涉及離子液體與納米金共催化甲烷的直接氧化屬于有機化學領域，也屬于材料科學領域。特別是涉及離子液體與納米金共催化甲烷直接氧化制備的甲醇過程。

背景技術

甲烷是重要的化工原料，作為天然氣的主要成分是豐富的自然資源。然而，由于運輸甲烷氣體或液化天然氣十分昂貴，甲烷通常很難被利用。將甲烷直接轉化為便于運輸的液體燃料和有用的化學品是非常必要的。

甲烷直接轉化合成甲醇的方法分為均相氣相氧化、氣固多相催化氧化和液相催化氧化3大類，其中，均相氣相氧化和氣固多相催化氧化的工業化應用尚不現實。甲烷液相催化氧化直接合成甲醇是近二三十年剛剛起步的一個方向，反應多采用貴金屬為催化劑，但反應過程中，貴金屬或者溶于反應體系，結束反應后不易回收，或者不溶于反應體系，反應后易回收，但不利于反應效率。

離子液體即在室溫及相鄰溫度(-30～250℃)下呈液態的完全由離子構成的物質，它一般由有機陽離子和無機陰離子所組成。作為一種新型有機溶劑，離子液體憑借其特殊的性質，已經在有機合成、有機催化、無機合成、電化學、綠色化學和化學分離等領域顯示出良好的前景。將離子液體作為溶劑用于甲烷轉化反應已有相關報道。由于離子液體具有很低的表面張力，可以很好的溶解一些納米金屬顆粒，因此以離子液體為溶劑溶解金納米顆粒形成共催化劑進行甲烷轉化反應，不僅能夠得到更好的反應效果，而且離子液體蒸汽壓極低，能在反應結束后更容易的回收納米金，并循環使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種離子液體與納米金共催化甲烷直接氧化制備甲醇的方法，該方法催化劑可回收，低成本，反應時間短，產率高。

本發明采用如下技術方案：

離子液體與納米金共催化甲烷直接氧化制備甲醇的方法，包括下列步驟：

第一步、在100ml不銹鋼反應釜中依次加入離子液體、三氟乙酸、三氟乙酸酐、過硫酸鉀和納米金，其中離子液體與納米金質量比為1/200～1/50，并加入1～3Mpa的甲烷氣體；將反應釜置于油浴中，并用磁力攪拌得均勻反應液；

第二步、油浴加熱至80～110℃，反應120～480min；

第三步、停止反應后，反應液加入20ml去離子水，在25℃下水解30min；

第四步、蒸餾水解液，得90℃的餾分為產物甲醇；

制備甲醇的過程離子液體與納米金形成共催化劑。

所述的離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽。

所述的納米金，粒徑2～3nm，形貌為球形。

所述的納米金催化劑與離子液體質量比為1/200～1/50。

所述的離子液體與納米金共催化劑可以回收循環使用。

所述的離子液體與納米金共催化劑回收過程為：將前述步驟第四步所得余液80℃下0.01MPa蒸餾至無餾分后，加入10ml乙醇，攪拌均勻后過濾，濾液在50℃下0.01MPa蒸餾除去乙醇，得離子液體與納米金共催化劑。

本發明的有益效果：采用離子液體與納米金共催化甲烷轉化制備甲醇，生產過程明顯縮短，催化劑可以完全回收降低了生產成本。

具體實施方式

實施例1、0.005g納米金催化劑與1?g離子液體[C₄mim]Cl加熱攪拌15min后，置于100mL高壓釜反應器中，加入K₂S₂O₈，TFA，TFAA，反應物的質量比為[C₄mim]Cl∶K₂S₂O₈∶TFA∶TFAA＝10∶13.6∶77∶22.3，以含氬氣為內標的甲烷標準氣體置換三次，再加壓至2MPa后，油浴加熱到90℃并攪拌反應20h。停止反應后，反應液加入20ml去離子水，在25℃下水解30min。蒸餾水解液，得90℃的餾分為產物甲醇。甲烷轉化率17.22％。