[发明专利]一种基于IRMOFs系列材料的固体碱催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂及制备方法，更具体地说涉及一种基于IRMOFs系列材料的固体碱催化剂及制备方法。

背景技术

金属有机骨架材料作为一种新型的，特别的功能材料吸引了广泛的研究。作为金属有机骨架材料中最具有代表意义的材料之一，IRMOFs系列材料，即网状金属-有机骨架系列材料(isoreticular metal-organic frameworks)，也受到了各国学者的关注。该系列材料主要是由[Zn₄O]⁶⁺簇与有机羧酸配体以八面体开孔桥连而成，具有相同的拓扑结构、良好的热稳定性和化学稳定性骨架。通过改变有机配体的长度，可实现金属有机骨架材料从微孔到介孔材料的过渡。这些独特的优势使得IRMOFs系列材料目前在储氢、气体吸附、催化等领域具有非常好的应用前景。

碳酸二甲酯(DMC)是一种备受国内外关注的绿色环保型化工产品，因其结构中含有甲氧基和羰基，有望替代光气等剧毒或致癌物发生羰基化、甲基化及酯交换等反应以制备众多重要化工产品。

固体碱催化剂因具有高活性、高选择性、反应条件温和、产物易于分离、可循环使用等诸多优点，尤其是在精细化学品合成方面可使反应工艺过程连续化，增强设备的生产能力，发挥着越来越明显的优势。这些独特的优势使得固体碱催化剂在酯交换反应合成碳酸二甲酯过程中具有广阔的应用前景。固体碱催化剂是实现酯交换合成DMC的核心技术，因此，新型高效固体碱催化剂材料的开发备受关注。

基于上述问题，开发制备以IRMOFs系列材料为载体的负载型的固体碱催化剂，并将其应用于酯交换合成碳酸二甲酯的反应有着重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于IRMOFs系列材料的固体碱催化剂，该催化剂可作为酯交换反应的催化剂，可在温和条件下催化酯交换反应合成碳酸二甲酯。

本发明的另一个目的在于提供上述固体碱催化剂的制备方法；同时本发明还提供该催化剂在酯交换反应中的应用。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明的基于IRMOFs系列材料的固体碱催化剂，由碱性组分和金属有机骨架IRMOFs系列材料载体组成，所述的碱性组分由碱前驱体引入，碱前驱体与金属有机骨架IRMOFs系列材料的质量比为0.01～0.5:1。

本发明的固体碱催化剂，其进一步的技术方案是所述的碱前驱体为硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铷、硝酸铯、硝酸镁、硝酸钙、硝酸锶、硝酸钡及对应的醋酸盐中的一种或几种组成。

本发明的固体碱催化剂，其进一步的技术方案还可以是所述的金属有机骨架IRMOFs系列材料载体是型号为MOF-5、MOF-177、MOF-74、IRMOF-8、IRMOF-200或IRMOF-180的网状金属-有机骨架系列材料。

本发明上述的固体碱催化剂的制备方法，其包括以下步骤：将碱前驱体溶解在溶剂中，加入金属有机骨架IRMOFs系列材料，室温下搅拌1～6h后，在50～80℃水浴中蒸干，然后在80～100℃烘箱中干燥4～8h，得样品；在惰性气体氛围中，通过热处理活化上述步骤制得的样品，活化1～4h得碱性组分，即得到基于IRMOFs系列材料的固体碱催化剂。

本发明的固体碱催化剂的制备方法，其进一步的技术方案是所述的碱前驱体与金属有机骨架IRMOFs系列材料的质量比为0.01～0.5:1。

本发明的固体碱催化剂的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的碱前驱体为硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铷、硝酸铯、硝酸镁、硝酸钙、硝酸锶、硝酸钡及对应的醋酸盐中的一种或几种组成。

本发明的固体碱催化剂的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的金属有机骨架IRMOFs系列材料载体是型号为MOF-5、MOF-177、MOF-74、IRMOF-8、IRMOF-200或IRMOF-180的网状金属-有机骨架系列材料。

本发明的固体碱催化剂的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的溶剂为去离子水、无水乙醇或无水甲醇中的一种或几种组成；所述的惰性气体为氦气、氩气或氮气；所述的热处理活化时的温度为200～500℃。

本发明上述固体碱催化剂可以在酯交换反应中催化合成碳酸二甲酯中进行应用。