一種直接法制備四甲氧基硅烷的方法與流程

本發明涉及有機化學和催化化學領域，具體是一種直接法制備四甲氧基硅烷的方法。

背景技術：

四甲氧基硅烷是四甲氧基硅烷可作為有機硅合成、抗熱漆制造、粘合劑、電子工業等領域的絕緣材料,也是光學玻璃處理劑及凝結劑等的重要原材料其應用廣泛,所以其合成一直受到化工行業的關注。

傳統的合成法是將四氯化硅與甲醇直接液相反應,通過控制四氯化硅與甲醇的配比控制反應速度,產生的四甲氧基硅烷需要通過進一步的精餾提純工藝方可達到99％以上的純度。該種傳統的四甲氧基硅烷合成方法其分為兩個操作流程,首先是反應合成階段,其次是將合成的粗產物進行提純即分離的階段。

傳統的制備四甲氧基硅烷的方法,由于四氯化硅與甲醇直接液相反應后，產生有氯化氫氣體，對大氣環境造成很大的污染，不符合綠色化學發展的要求。且其反應產物四甲氧基硅烷的選擇性不高，還需要進行復雜的精餾提純，操作過于復雜。

因此，尋找一種更為綠色有效的方法來生產四甲氧基硅烷具有重大的意義。

技術實現要素：

本發明要解決的問題是探究出一種更為綠色環保的直接法制備四甲氧基硅烷的方法，該生產方法更符合未來化工發展的方向，也更適合工業化生產。

本發明采用以下技術方案：

硅粉和催化劑混合，在粉碎機中進行粉碎；將粉碎過的硅粉和催化劑混合物裝填入固定床反應器中，通入氮氣升溫至240℃，并保持240℃處理2h；將固定床反應器的內溫度降至220℃，開始通甲醇，進行反應，反應產物即為四甲氧基硅烷，在給定溫度下連續取樣lh，冰水浴冷凝收集產物，用氣相色譜進行分析。

一種直接法制備四甲氧基硅烷的方法，步驟如下：

(1)稱取硅粉和催化劑并進行混合、攪勻，然后放進粉碎機中進行粉碎；

(2)把粉碎過的硅粉和催化劑混合物倒入固定床反應器中，組合裝置，把反應器裝置放進管式加熱爐中；

(3)先向固定床反應器中通入氮氣，對管式爐進行程序升溫，升溫至240℃，并保持240℃處理2h；

(4)將固定床反應器的內溫度降至220℃，開始改換通甲醇，0.5h后開始進行反應計時，進行反應，反應產物即為四甲氧基硅烷。

步驟(1)中的催化劑為氧化亞銅或氧化銅。

步驟(1)中催化劑、硅粉的質量比為2:25。

步驟(2)中裝填的粉碎過的催化劑與硅粉混合物為30ml。

步驟(2)中在固定床反應器中裝入直徑3mm玻璃珠，使甲醇氣體與硅觸體接觸時間更長，反應更充分。

步驟(3)固定床中通入氮氣的流量為15ml/min。

步驟(3)程序升溫步驟為：初始溫度15℃，最終溫度240℃，升溫時間1h。

步驟(4)甲醇的流量為0.1ml/min。

步驟(4)反應計時以0.5或1h為單位，收集產物并進行檢測。

本發明的優點在于：

(1)本發明采用的原料為硅粉和甲醇，一步合成四甲氧基硅烷。與傳統方法相比，此方法更為環保、綠色，產物中不產生有害氣體氯化氫。

(2)本發明采用的原料為硅粉和甲醇，原料易于獲得，價格相對便宜，更符合工業化生產。

(3)本發明中硅粉與甲醇反應是氣固反應，反應物接觸面更大，更利于充分反應。

(4)本發明中硅粉與甲醇直接反應生成四甲氧基硅烷的選擇性可達90％以上。

附圖說明

圖1為cu2o催化硅粉與甲醇直接反應結果；

圖2為cuo催化甲醇與硅粉直接反應結果。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步描述：

實施例1：

在電子天平上稱取40g硅粉和3.2gcu2o，混合、攪勻，倒入粉碎機中進行粉碎，粉碎時間1min。取30ml粉碎過的硅粉和氧化亞銅倒入固定床反應器中，組合固定床反應器，放置在循環式管式爐中。向固定床反應器通入氮氣，氮氣流量15ml/min，開始進行程序升溫，初始溫度為15℃，最終溫度為240℃，升溫時間1h，并保持240℃處理4h。然后，改換通甲醇，甲醇流量0.1ml/min，先反應0.5h，再開始計時，在220℃反應1h，用離心管取樣，在氣相色譜儀上進行檢測。計算甲醇轉化率、四甲氧基硅烷的選擇性。實驗結果如圖1。

實施例2：

在電子天平上稱取40g硅粉和3.2gcu2o，混合、攪勻，倒入粉碎機中進行粉碎，粉碎時間1min。取30ml粉碎過的硅粉和氧化亞銅倒入固定床反應器中，組合固定床反應器，放置在循環式管式爐中。向固定床反應器通入氮氣，氮氣流量15ml/min，開始進行程序升溫，初始溫度為15℃，最終溫度為240℃，升溫時間1h，并保持240℃處理4h。然后，改換通甲醇，甲醇流量0.1ml/min，先反應0.5h，再開始計時，在240℃各反應1h，用離心管取樣，在氣相色譜儀上進行檢測。計算甲醇轉化率、四甲氧基硅烷的選擇性。實驗結果如圖1。

實施例3：

在電子天平上稱取40g硅粉和3.2gcu2o，混合、攪勻，倒入粉碎機中進行粉碎，粉碎時間1min。取30ml粉碎過的硅粉和氧化亞銅倒入固定床反應器中，組合固定床反應器，放置在循環式管式爐中。向固定床反應器通入氮氣，氮氣流量15ml/min，開始進行程序升溫，初始溫度為15℃，最終溫度為240℃，升溫時間1h，并保持240℃處理4h。然后，改換通甲醇，甲醇流量0.1ml/min，先反應0.5h，再開始計時，在260℃各反應1h，用離心管取樣，在氣相色譜儀上進行檢測。計算甲醇轉化率、四甲氧基硅烷的選擇性。實驗結果如圖1。

實施例4：

在電子天平上稱取40g硅粉和3.2gcuo，混合、攪勻，倒入粉碎機中進行粉碎，粉碎時間1min。取30ml粉碎過的硅粉和氧化亞銅倒入固定床反應器中，組合固定床反應器，放置在循環式管式爐中。向固定床反應器通入氮氣，氮氣流量15ml/min，開始進行程序升溫，初始溫度為15℃，最終溫度為240℃，升溫時間1h，并保持240℃處理2h。然后，改換通甲醇，甲醇流量0.1ml/min，先反應0.5h，再開始計時，在220℃各反應1h，用離心管取樣，在氣相色譜儀上進行檢測。計算甲醇轉化率、四甲氧基硅烷的選擇性。實驗結果如圖2。

實施例5：

在電子天平上稱取40g硅粉和3.2gcuo，混合、攪勻，倒入粉碎機中進行粉碎，粉碎時間1min。取30ml粉碎過的硅粉和氧化亞銅倒入固定床反應器中，組合固定床反應器，放置在循環式管式爐中。向固定床反應器通入氮氣，氮氣流量15ml/min，開始進行程序升溫，初始溫度為15℃，最終溫度為240℃，升溫時間1h，并保持240℃處理2h。然后，改換通甲醇，甲醇流量0.1ml/min，先反應0.5h，再開始計時，在240℃各反應1h，用離心管取樣，在氣相色譜儀上進行檢測。計算甲醇轉化率、四甲氧基硅烷的選擇性。實驗結果如圖2

實施例6：

在電子天平上稱取40g硅粉和3.2gcuo，混合、攪勻，倒入粉碎機中進行粉碎，粉碎時間1min。取30ml粉碎過的硅粉和氧化亞銅倒入固定床反應器中，組合固定床反應器，放置在循環式管式爐中。向固定床反應器通入氮氣，氮氣流量15ml/min，開始進行程序升溫，初始溫度為15℃，最終溫度為240℃，升溫時間1h，并保持240℃處理2h。然后，改換通甲醇，甲醇流量0.1ml/min，先反應0.5h，再開始計時，在260℃各反應1h，用離心管取樣，在氣相色譜儀上進行檢測。計算甲醇轉化率、四甲氧基硅烷的選擇性。實驗結果如圖2。