一种用于γ-丁内酯和二甲胺合成N-甲基吡咯烷酮的催化剂制备方法技术

本发明专利技术公开一种用于γ

【技术实现步骤摘要】
一种用于
γ
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丁内酯和二甲胺合成N
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甲基吡咯烷酮的催化剂制备方法


[0001]本专利技术涉及N
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甲基吡咯烷酮制备领域，具体地说是涉及用于制备N
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甲基吡咯烷酮的催化剂，更为具体地说是涉及一种用于γ
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丁内酯和二甲胺合成N
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甲基吡咯烷酮的催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]N
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甲基吡咯烷酮(NMP)又称1
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甲基
‑2‑
吡咯烷酮或N
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甲基
‑2‑
吡咯烷酮，是一种无色透明油状弱碱性液体，具有沸点高(203℃)、不易挥发、化学性质稳定等特点，能和大多数有机溶剂互溶，可以用作萃取剂，气体吸收及精制，高分子聚合物的溶剂，还可以用于有机物合成以及医药、农业等领域。
[0003]NMP的合成目前主要有3种类型，吡咯烷酮法、顺酐法和γ
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丁内酯法。吡咯烷酮法路线较为简单，但反应中卤代烷烃会生成相应卤化物，对反应器选材有较高要求，对环境造成污染，同时收率也不高，不适用于工业化生产。顺酐法是以过渡金属氧化物作为催化剂，使用顺酐与甲胺合成NMP，目前实用性不高。γ
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丁内酯法是以γ
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丁内酯(GBL)和甲胺液相缩合制备NMP，产品收率高、纯度高，是目前使用最为广泛的一种方法。但是γ
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丁内酯法合成 NMP常规方法往往需要高的反应温度和压力，对设备要求高、能耗大。加入适合的催化剂可降低反应活化能，在反应条件更加温和的情况下高产率稳定合成NMP。
[0004]然而目前已有使用催化剂合成NMP的方法中，很多存在缺陷，如催化活性低、产率低、重金属离子污染环境、分离和纯化杂质困难等。
[0005]公开号为CN112142641A的中国专利技术专利公开了一种采用固体强酸催化剂(SO
42
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/ZrO2、 SO
42
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/TiO2等)合成NMP的工艺，该工艺能够合成高纯度的NMP，但是在合成反应中水或水蒸气与表面的SO
42
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接触，容易使其表面上的SO
42
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流失，催化剂表面的酸中心数减少，催化剂活性下降。美国专利第5478950号中公开了使用钠离子交换的X型沸石催化剂制备N～甲基吡咯烷酮的方法，产率96％。
[0006]ZSM
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5分子筛具有有序的微孔结构，二维十元环孔道，催化过程中具有优异的化学活性、优异的稳定性、耐酸性、疏水性。被广泛应用于有机催化反应中。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种用于γ
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丁内酯和二甲胺合成N
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甲基吡咯烷酮的催化剂制备方法，该方法所制得的催化剂用于γ
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丁内酯和二甲胺合成N
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甲基吡咯烷酮的反应中，具有催化活性高、反应条件温和、产品收率高等优点。
[0008]本专利技术所采用的技术解决方案是：
[0009]一种用于γ
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丁内酯和二甲胺合成N
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甲基吡咯烷酮的催化剂制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)制备ZSM
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5分子筛母液
[0011]选取铝源配制成铝源溶液，选取硅源配制成硅源溶液；将铝源溶液加入至硅源溶液中，室温下搅拌老化，形成ZSM
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5分子筛母液。
[0012](2)ZSM
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5分子筛水热晶化
[0013]向步骤(1)得到的ZSM
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5分子筛母液中加入模板剂，混合均匀，然后加入添加剂二甲胺，搅拌均匀，得到混合液；将混合液放入水热反应釜中进行水热合成反应，反应完成后过滤洗涤，烘干，得到ZSM
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5分子筛晶体。
[0014](3)制备铜掺杂ZSM
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5分子筛催化剂
[0015]配制硝酸铜溶液，将步骤(2)中得到的ZSM
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5分子筛晶体，加入到硝酸铜溶液中，加热搅拌浸渍，然后过滤干燥，研磨成粉末，再放入马弗炉中焙烧，得到铜掺杂ZSM
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5分子筛催化剂。
[0016]优选的，步骤(1)中：所述铝源选自异丙醇铝、硫酸铝、氢氧化铝、硝酸铝、氯化铝中的一种或多种；所述硅源选自水玻璃、硅酸钠、硅溶胶、正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、白炭黑、固体硅胶中的一种或多种。
[0017]优选的，步骤(1)中：所述铝源溶液的浓度为8～12wt％，所述硅源溶液的浓度为20～30 wt％；铝源溶液和硅源溶液混合后的溶液中，硅铝摩尔比为45～55。
[0018]优选的，步骤(1)中：分子筛母液的搅拌老化时间为12～48h，更优选20～28h。
[0019]优选的，步骤(2)中：所述模板剂选自四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丙基溴化铵、四丁基氢氧化铵中的一种或多种，混合液中模板剂的浓度为0.5～10wt％，进一步优选为 5～10wt％。
[0020]优选的，步骤(2)中：所述混合液中添加剂二甲胺的浓度为0.5～8wt％，进一步优选为 5～8wt％。
[0021]优选的，步骤(2)中：所述水热反应温度为160～200℃，水热反应时间为16～36h，优选为22～26h。
[0022]优选的，步骤(2)中：所述烘干温度为70～90℃，烘干时间为16～36h，进一步优选烘干温度为75～85℃，烘干时间为20～24h。
[0023]优选的，步骤(3)中：所述ZSM
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5分子筛晶体与硝酸铜溶液中硝酸铜的摩尔比为1～1.5:1。
[0024]优选的，步骤(3)中：所述加热搅拌温度为60℃～80℃，加热搅拌浸渍时间为2～10h，更优选为4～6h；过滤后的干燥温度为90～100℃，干燥时间为8～16h。
[0025]优选的，步骤(3)中：所述焙烧温度为300～550℃，焙烧时间为2～8h，更优选为3～5h。
[0026]本专利技术的有益技术效果是：
[0027](1)本专利技术在催化剂合成过程中，将NMP的合成原料之一二甲胺作为水热合成的添加剂，在晶体生长过程中由于二甲胺定向吸附作用，有利于控制催化剂的晶相取向，促进适应于NMP合成反应的亲和晶面生长，从而提高原料在催化剂表面的反应效率。
[0028](2)本专利技术采用铜掺杂改性ZSM
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5分子筛催化剂，可提高催化剂的催化活性，表面弱酸酸位增多，强还原性物质增多，且铜元素的加入提高了催化剂对反应物的靶向选择性，提高NMP产率。
[0029](3)本专利技术通过加入添加剂，改变ZSM
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5分子筛的晶相取向，使其适用于γ
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丁内酯
和二甲胺合成制备N
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甲基吡咯烷酮的反应过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于γ
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丁内酯和二甲胺合成N
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甲基吡咯烷酮的催化剂制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)ZSM
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5分子筛母液制备选取铝源配制成铝源溶液，选取硅源配制成硅源溶液；将铝源溶液加入至硅源溶液中，室温下搅拌老化，形成ZSM
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5分子筛母液；(2)ZSM
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5分子筛的水热晶化向步骤(1)得到的ZSM
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5分子筛母液中加入模板剂，混合均匀，然后加入添加剂二甲胺，搅拌均匀，得到混合液；将混合液放入水热反应釜中进行水热合成反应，反应完成后过滤洗涤，烘干，得到ZSM
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5分子筛晶体；(3)铜掺杂ZSM
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5分子筛催化剂的制备配制硝酸铜溶液，将步骤(2)中得到的ZSM
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5分子筛晶体，加入到硝酸铜溶液中，加热搅拌浸渍，然后过滤干燥，研磨成粉末，再放入马弗炉中焙烧，得到铜掺杂ZSM
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5分子筛催化剂。2.根据权利要求1所述的一种用于γ
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丁内酯和二甲胺合成N
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甲基吡咯烷酮的催化剂制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述铝源选自异丙醇铝、硫酸铝、氢氧化铝、硝酸铝、氯化铝中的一种或多种；所述硅源选自水玻璃、硅酸钠、硅溶胶、正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、白炭黑、固体硅胶中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的一种用于γ
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丁内酯和二甲胺合成N
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甲基吡咯烷酮的催化剂制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述铝源溶液的浓度为8～12wt％，所述硅源溶液的浓度为20～30wt％；铝源溶液和硅源溶液混合后的溶液中，硅铝摩尔比为45～55；室温下搅拌老化20～28h。4.根据权利要求1所述的一种用于γ
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丁内酯和二甲胺合成N
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【专利技术属性】
技术研发人员：高立东，
申请(专利权)人：苏州迈沃环保工程有限公司，
类型：发明
国别省市：