本發(fā)明涉及有機(jī)化學(xué)和催化化學(xué)領(lǐng)域，具體是一種直接法制備四甲氧基硅烷的方法。

背景技術(shù)：

四甲氧基硅烷是四甲氧基硅烷可作為有機(jī)硅合成、抗熱漆制造、粘合劑、電子工業(yè)等領(lǐng)域的絕緣材料,也是光學(xué)玻璃處理劑及凝結(jié)劑等的重要原材料其應(yīng)用廣泛,所以其合成一直受到化工行業(yè)的關(guān)注。

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

傳統(tǒng)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(yīng)后，產(chǎn)生有氯化氫氣體，對(duì)大氣環(huán)境造成很大的污染，不符合綠色化學(xué)發(fā)展的要求。且其反應(yīng)產(chǎn)物四甲氧基硅烷的選擇性不高，還需要進(jìn)行復(fù)雜的精餾提純，操作過于復(fù)雜。

因此，尋找一種更為綠色有效的方法來生產(chǎn)四甲氧基硅烷具有重大的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

硅粉和催化劑混合，在粉碎機(jī)中進(jìn)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(yīng)器中，通入氮?dú)馍郎刂?40℃，并保持240℃處理2h；將固定床反應(yīng)器的內(nèi)溫度降至220℃，開始通甲醇，進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物即為四甲氧基硅烷，在給定溫度下連續(xù)取樣lh，冰水浴冷凝收集產(chǎn)物，用氣相色譜進(jìn)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(jìn)行混合、攪勻，然后放進(jìn)粉碎機(jī)中進(jìn)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(yīng)器中，組合裝置，把反應(yīng)器裝置放進(jìn)管式加熱爐中；

(3)先向固定床反應(yīng)器中通入氮?dú)?，?duì)管式爐進(jìn)行程序升溫，升溫至240℃，并保持240℃處理2h；

(4)將固定床反應(yīng)器的內(nèi)溫度降至220℃，開始改換通甲醇，0.5h后開始進(jìn)行反應(yīng)計(jì)時(shí)，進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)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(zhì)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(yīng)器中裝入直徑3mm玻璃珠，使甲醇?xì)怏w與硅觸體接觸時(shí)間更長，反應(yīng)更充分。

步驟(3)固定床中通入氮?dú)獾牧髁繛?5ml/min。

步驟(3)程序升溫步驟為：初始溫度15℃，最終溫度240℃，升溫時(shí)間1h。

步驟(4)甲醇的流量為0.1ml/min。

步驟(4)反應(yīng)計(jì)時(shí)以0.5或1h為單位，收集產(chǎn)物并進(jìn)行檢測。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)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(tǒng)方法相比，此方法更為環(huán)保、綠色，產(chǎn)物中不產(chǎn)生有害氣體氯化氫。

(2)本發(fā)明采用的原料為硅粉和甲醇，原料易于獲得，價(jià)格相對(duì)便宜，更符合工業(yè)化生產(chǎn)。

(3)本發(fā)明中硅粉與甲醇反應(yīng)是氣固反應(yīng)，反應(yīng)物接觸面更大，更利于充分反應(yīng)。

(4)本發(fā)明中硅粉與甲醇直接反應(yīng)生成四甲氧基硅烷的選擇性可達(dá)90％以上。

附圖說明

圖1為cu2o催化硅粉與甲醇直接反應(yīng)結(jié)果；

圖2為cuo催化甲醇與硅粉直接反應(yīng)結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

實(shí)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(jī)中進(jìn)行粉碎，粉碎時(shí)間1min。取30ml粉碎過的硅粉和氧化亞銅倒入固定床反應(yīng)器中，組合固定床反應(yīng)器，放置在循環(huán)式管式爐中。向固定床反應(yīng)器通入氮?dú)?，氮?dú)饬髁?5ml/min，開始進(jìn)行程序升溫，初始溫度為15℃，最終溫度為240℃，升溫時(shí)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(yīng)0.5h，再開始計(jì)時(shí)，在220℃反應(yīng)1h，用離心管取樣，在氣相色譜儀上進(jìn)行檢測。計(jì)算甲醇轉(zhuǎn)化率、四甲氧基硅烷的選擇性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1。

實(shí)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(jī)中進(jìn)行粉碎，粉碎時(shí)間1min。取30ml粉碎過的硅粉和氧化亞銅倒入固定床反應(yīng)器中，組合固定床反應(yīng)器，放置在循環(huán)式管式爐中。向固定床反應(yīng)器通入氮?dú)?，氮?dú)饬髁?5ml/min，開始進(jìn)行程序升溫，初始溫度為15℃，最終溫度為240℃，升溫時(shí)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(yīng)0.5h，再開始計(jì)時(shí)，在240℃各反應(yīng)1h，用離心管取樣，在氣相色譜儀上進(jìn)行檢測。計(jì)算甲醇轉(zhuǎn)化率、四甲氧基硅烷的選擇性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1。

實(shí)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(jī)中進(jìn)行粉碎，粉碎時(shí)間1min。取30ml粉碎過的硅粉和氧化亞銅倒入固定床反應(yīng)器中，組合固定床反應(yīng)器，放置在循環(huán)式管式爐中。向固定床反應(yīng)器通入氮?dú)?，氮?dú)饬髁?5ml/min，開始進(jìn)行程序升溫，初始溫度為15℃，最終溫度為240℃，升溫時(shí)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(yīng)0.5h，再開始計(jì)時(shí)，在260℃各反應(yīng)1h，用離心管取樣，在氣相色譜儀上進(jìn)行檢測。計(jì)算甲醇轉(zhuǎn)化率、四甲氧基硅烷的選擇性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1。

實(shí)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(jī)中進(jìn)行粉碎，粉碎時(shí)間1min。取30ml粉碎過的硅粉和氧化亞銅倒入固定床反應(yīng)器中，組合固定床反應(yīng)器，放置在循環(huán)式管式爐中。向固定床反應(yīng)器通入氮?dú)?，氮?dú)饬髁?5ml/min，開始進(jìn)行程序升溫，初始溫度為15℃，最終溫度為240℃，升溫時(shí)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(yīng)0.5h，再開始計(jì)時(shí)，在220℃各反應(yīng)1h，用離心管取樣，在氣相色譜儀上進(jìn)行檢測。計(jì)算甲醇轉(zhuǎn)化率、四甲氧基硅烷的選擇性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2。

實(shí)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(jī)中進(jìn)行粉碎，粉碎時(shí)間1min。取30ml粉碎過的硅粉和氧化亞銅倒入固定床反應(yīng)器中，組合固定床反應(yīng)器，放置在循環(huán)式管式爐中。向固定床反應(yīng)器通入氮?dú)猓獨(dú)饬髁?5ml/min，開始進(jìn)行程序升溫，初始溫度為15℃，最終溫度為240℃，升溫時(shí)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(yīng)0.5h，再開始計(jì)時(shí)，在240℃各反應(yīng)1h，用離心管取樣，在氣相色譜儀上進(jìn)行檢測。計(jì)算甲醇轉(zhuǎn)化率、四甲氧基硅烷的選擇性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2

實(shí)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(jī)中進(jìn)行粉碎，粉碎時(shí)間1min。取30ml粉碎過的硅粉和氧化亞銅倒入固定床反應(yīng)器中，組合固定床反應(yīng)器，放置在循環(huán)式管式爐中。向固定床反應(yīng)器通入氮?dú)?，氮?dú)饬髁?5ml/min，開始進(jìn)行程序升溫，初始溫度為15℃，最終溫度為240℃，升溫時(shí)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(yīng)0.5h，再開始計(jì)時(shí)，在260℃各反應(yīng)1h，用離心管取樣，在氣相色譜儀上進(jìn)行檢測。計(jì)算甲醇轉(zhuǎn)化率、四甲氧基硅烷的選擇性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2。