[發明專利]一種用于二甲醚氧化合成聚甲氧基二甲醚的碳基催化劑及其制法和應用

在審

• 申請號: 202110340501.4
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113083329A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 張清德;高秀娟;譚猗生;韓怡卓;楊彩虹;宋法恩;解紅娟;潘俊軒
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: B01J27/053
• 分類號: B01J27/053;B01J27/16;B01J37/02;C07C41/50;C07C43/30
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種用于二甲醚氧化合成聚甲氧基二甲醚的碳基催化劑，其特征在于由以下原料制備而成：酸性組分和碳材料載體；所述酸性組分包括硫酸、硫酸鹽中的任一種或幾種；或磷酸、磷酸鹽中的任一種或幾種；其中以SO₄^2- 或PO₄^3-計，酸性組分的質量含量為5%-50%，碳材料載體的質量含量為50-95%。

2.根據權利要求1所述的用于二甲醚氧化合成聚甲氧基二甲醚的碳基催化劑，其特征在于：所用酸性組分包括硫酸、硫酸鈰、硫酸鋯、硫酸鈦、硫酸氧鈦、硫酸鐵、硫酸銅、硫酸錳中的任一種或幾種；或者所用酸性組分包括磷酸、磷酸銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨中的任一種或幾種。

3.根據權利要求1所述的用于二甲醚氧化合成聚甲氧基二甲醚的碳基催化劑，其特征在于：碳材料載體為以煤質活性炭、木炭以及生物質炭為碳源前體，采用化學改性的方法將碳前體轉化成具有不同表面化學性質的碳材料。

4.根據權利要求3所述的用于二甲醚氧化合成聚甲氧基二甲醚的碳基催化劑，其特征在于：所用的碳源為：煤質活性炭、木炭、纖維素、木質素、蔗糖、各種植物的根莖、稻殼、椰殼、果殼中的任一種；所述蔗糖包括葡萄糖或果糖。

5.一種權利要求1~4任一項所述的用于二甲醚氧化合成聚甲氧基二甲醚的碳基催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）首先是采用化學活化法制備以生物質炭為碳源的碳材料，即將化學活化劑與碳源直接混合，惰性氣體保護下，高溫煅燒合成碳材料；

將煤質活性炭、木炭以及活化處理后的生物質炭采用不同質量濃度的硝酸、雙氧水或硫酸溶液進行氧化處理，進一步豐富含氧官能團，提高催化劑的氧化活性，以此作為催化劑載體；

（2）其次將酸性組分用蒸餾水溶解后，等體積浸漬到碳載體上，靜置4-10小時，在100-150^oC下烘干，在氮氣、氫氣、惰性氣氛或有氧氣氛下，200-400^oC下焙燒4-8小時，制得反應所需的碳基催化劑。

6.根據權利要求5所述的用于二甲醚氧化合成聚甲氧基二甲醚的碳基催化劑的制備方法，其特征在于步驟（1）中，采用的化學活化劑有堿、金屬鹽、酸中的一種，碳化溫度為800-1300℃；

進行氧化處理過程中，所述硝酸的質量濃度為1-69%、雙氧水的質量濃度為1-30%、硫酸的質量濃度為1-96%。

7.根據權利要求6所述的用于二甲醚氧化合成聚甲氧基二甲醚的碳基催化劑的制備方法，其特征在于所述的堿包括KOH或NaOH；所述金屬鹽包括ZnCl₂、Na₂CO₃或K₂CO₃；所述酸包括H₃PO₄或HNO₃。

8.根據權利要求5所述的用于二甲醚氧化合成聚甲氧基二甲醚的碳基催化劑的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，惰性氣氛為氬氣或氦氣，有氧氣氛為空氣或氧氣。

9.一種權利要求1~4任一項所述的用于二甲醚氧化合成聚甲氧基二甲醚的碳基催化劑在二甲醚直接氧化合成聚甲氧基二甲醚中的應用，其特征在于步驟如下：

原料二甲醚和氧的摩爾比例為10:1-1:10，在固定床反應器中進行反應，反應空速為400-8000h^-1，反應溫度為150-280^oC，反應壓力為0.1-2.0MPa，反應時間為1-100h。

10.根據權利要求9所述的應用，其特征在于：所用的氧包括分子氧或過氧化物，其中分子氧為氧氣、空氣、含有Ar或N₂的氧氣，過氧化物為過氧化氫或過氧叔丁醇。