[发明专利]三相铜基催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种三相铜基催化剂及其制备方法与应用。所述的三相铜基催化剂包括主要由Cu₂O颗粒与CuO颗粒、Cu颗粒形成的团聚体，其中CuO颗粒及Cu颗粒围绕Cu₂O颗粒设置。本发明的三相铜基催化剂中，活性最高的超细纳米Cu颗粒暴露在团聚体的外层，最快且最直接与反应物Si粉和CH₃Cl接触，而对反应起到触发作用，团聚体内层的CuO、Cu₂O颗粒逐步转化Cu相参与反应，保证了整个反应过程的延续性，同时本发明的三相铜催化剂具有更高的反应活性和，能够维持稳定的二甲基二氯硅烷选择性，并提升二甲基二氯硅烷合成反应的反应速率及生产效率，降低成本。

技术领域

本发明涉及一种用于合成甲基氯硅烷的催化剂及其制备方法，特别涉及一种三相铜基催化剂及其制备方法与应用，属于催化剂技术领域。

背景技术

有机硅材料是一大类以Si-O键为主链，在Si原子上引入有机基团作为侧链的高分子化合物，由于其具有半无机、半有机的结构，因此具有很多优异的性能和特殊的功能。有机硅单体是制造有机硅材料的基本原料，而其中通过直接合成法达到的二甲基二氯硅烷占到有机硅单体总用量的90％以上。

在工业生产中，甲基氯硅烷均采用直接法由金属硅和气相氯甲烷在催化条件下合成，具体催化反应过程为：

工业上的有机硅产品为多种官能度的混合物，可用通式Me_nH_mSiCl_4-(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Me₂SiCl₂的用量最大，约占甲基氯硅烷的90％(质量百分比)。

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直接法合成甲基氯硅烷的最有效催化剂，作为主流催化剂体系的Cu-Cu₂O-CuO(简称三相铜)三相混合催化剂粉末具有反应周期长、二甲基二氯硅烷产率高、活性好等优势，其催化反应的效果除了与三相比例有关外，还与粉末的特性，如三相分布方式、形貌、粒度和比表面积等相关。

现有三相铜催化剂体系为Cu、Cu₂O和CuO通过球磨工艺破碎-混合制成(如图1)，三种物相颗粒粒径分布范围在1～50微米之间，宏观和微观上均表现为无序均匀分布，粉末形貌为片状或颗粒状，这种无序分布导致反应过程的不稳定和难以持续，此类催化剂的活性和二甲选择性均有待提升，较难使二甲基二氯硅烷的合成反应过程平稳进行及维持较高的生产效率。例如在反应过程中，Cu相优先参与反应，此时Cu₂O和CuO和氧化铜还未来得及参与反应即被旋风系统分离带出，本发明将优先反应的Cu置于团聚体外层，随后团聚体内层的Cu₂O逐步参与反应，保证了反应的连续性和持续性，可以获得更好地催化效果。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种三相铜基催化剂及其制备方法与应用，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：

本发明实施例一方面公开一种三相铜基催化剂，包括主要由Cu₂O颗粒与CuO颗粒、Cu颗粒形成的团聚体，其中CuO颗粒及Cu颗粒围绕Cu₂O颗粒设置。

本发明实施例另一方面还提供了所述的三相铜基催化剂的制备方法，包括：将Cu₂O颗粒、CuO颗粒及Cu颗粒置入震动球磨设备中，并在震动球磨过程中投入粘接剂，且控制粘接剂的添加量在1wt％以内，将混合物料震动球磨10min～30min，获得所述三相铜基催化剂。

本发明实施例还提供了所述三相铜基催化剂于二甲基二氯硅烷合成工艺中的应用。