论文总字数：16748字

摘 要

碳酸二甲酯(DMC)作为20世纪以来发展最快的绿色化学品之一，近年来受到了广泛的关注。其主要用途有:可作为无毒的羰基化试剂和甲基化试剂用于有机合成工业，是集清洁性与安全性于一身的绿色溶剂，还是继甲基叔丁基醚(MTBE)之后提高汽油辛烷值的新型添加剂。主要合成路线有光气法和非光气法。20世纪80年代以来，国内外对DMC的非光气合成进行了大量的研究，在越来越注重环境和关注节约型社会的今天，合成DMC的路线正朝着简单化、无毒化和无污染化的方向发展，二氧化碳和二甲醚直接合成DMC的合成技术越来越受到广泛的关注。

本文首次使用二氧化碳和二甲醚气相直接合成碳酸二甲酯，探索合成新路线。使用浸渍法制备了锆基催化剂，再通过添加稀土元素找到最佳摩尔比制备出催化效果最佳的催化剂并进行表征。

此外，本实验分别考察了反应温度、反应时间、催化剂用量等因素对反应性能的影响，找到了此合成反应最适宜的实验室反应条件：反应物配比DME:CO₂=1:1；反应温度:373 K；反应压力0.6 MPa；催化剂用量：8ml;取样时间：6h.。

关键字：二氧化碳 二甲醚 碳酸二甲酯 氧化锆 合成

Abstract

Dimethyl carbonate (DMC) as one of the fastest growing green chemicals since the 20th century, has been widespread concern  in recent years. Its main purposes are: to set aside as non-toxic reagents and methylation-based reagents for organic synthesis industry, is clean and safety in one of the green solvents, or methyl tertiary butyl ether (MTBE) was succeeded new additive to improve the octane number of gasoline. The main synthetic routes phosgene method and the non-phosgene. Since the 1980s, domestic and international non-phosgene synthesis of DMC's done a lot of research on attention increasingly focused on the environment and conservation-oriented society today, DMC synthesis route is moving simplistic, non-toxic and non-polluting the direction of development, carbon dioxide and dimethyl ether DMC direct synthesis route has  been  paid  more and more attention.

From carbon dioxide and dimethyl ether,dimethyl cabronate was synthesized. This method of direct synthesis of dimethyl cabnate is firstly put forward.

The use of prepared by impregnation zirconium base catalyst, and then by adding rare earth elements to find the optimum molar ratio of prepared catalysts and characterization of the best effect.

Experiments have been carried out in stainlesssteel reactor. The effects of catalyst ,temperattlre，reactive time and catalyst quantities on the yield of DMC were investigated.The optimal reaction condition was obtained flux of cabron monoxide: 20ml/min; ratio of reactant: CO₂: DME=l: 1; reaction temperature:373 K; the reaction pressure 0.6MPa; catalyst quantiyt:8ml; reaction time: 6h.

Key word：carbon dioxide; dimethyl ether ; dimethyl cabronate; zirconia; synthetise

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目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2二氧化碳和碳酸二甲酯概述 1

1.3碳酸二甲酯的性质和应用 3

1.3.1碳酸二甲酯的性质 3

1.3.2碳酸二甲酯的应用 3

1.4 DMC的国内外市场情况及市场前景 4

1.5碳酸二甲酯的合成方法 6

1.5.1酯交换法 6

1.5.2光气法 6

1.5.3甲醇氧化羰基化法 7

1.5.4 CO₂与甲醇直接合成法 7

1.6合成碳酸二甲酯催化体系 7

1.6.1均相催化体系 7

1.6.2非均相催化体系 8

1.7二甲醚的概述 8

1.8课题研究内容及目的 9

第二章 实验部分 10

2.1主要试剂 10

2.2主要仪器及设备 10

2.3 催化剂的制备方法 11

2.3.1 载体堇青石的吸水率和烧失率的测定 11

2.3.2 催化剂的制备 12

2.4 催化剂的表征 12

2.5催化剂的活性评价 12

2.6 数据处理 13

第三章 实验结果与讨论 14

3.1催化剂结构表征 14

3.2 合成DMC的结果与讨论 14

3.2.1 不同催化剂对收率的影响 14

3.2.2 温度对收率的影响 15

3.2.3反应压力对收率的影响 16

3.2.4催化剂用量对收率的影响 16

3.2.5反应物配比对收率的影响 16

3.2.6取样时间对收率的影响 17

3.3 结论与展望 18

3.3.1 结论 18

3.3.2展望 18

参考文献 20

致 谢 22

第一章 绪 论

1.1引言

随着世界经济的发展和人口的不断增长，人类对能源的需求也与日俱增，因此更多的森林遭到破坏，更多的煤、石油、天然气等这些地球上有限的资源也遭到更快的消耗。世界经济的高速发展是建立在对煤、石油、天然气等化石燃料高度依赖的基础之上^[1]，大量的化石燃料终产物—二氧化碳(CO₂)被排放到大气中，致使大气中CO₂的浓度不断升高，这样对人类的生存和生活带来了巨大的威胁。当前的研究显示，近二百年来，大气中CO₂的浓度从工业革命前约280 ppm急速增长到2010年的390 ppm，研究者预计在本世纪末二氧化碳浓度将达到570 ppm^[2]。又由于这种“温室气体”－ 二氧化碳会阻碍地球表层中红外波长向外层空间的辐射，所以会使地球表层的气温上升。地球表层气温的上升又会导致地表层水份的蒸发，进一步加剧了地球表面的“温室效应”，从而对地球表面的生物生存环境造成巨大的破坏性影响。因此，控制及减少大气中二氧化碳的浓度已经成为国际上共同关注的环境问题^[3-4]。二氧化碳在地球上的储存量很多，是地球上取之不尽、用之不竭的新碳源。如果二氧化碳能够作为一种新的碳源而被不断循环利用，则既能解决常规能源的枯竭问题，又能最终减缓温室效应引起的生态环境问题，这是一箭双雕的好办法。进入 21世纪以后，由于人们对节约能源和保护环境等可持续发展的认识日益提高，二氧化碳的固定及利用也逐渐成为了一个世界范围内的焦点课题，二氧化碳化学的开发成了世界化学科学家们的挑战。利用自然界中丰富的二氧化碳为新型碳源，通过一些环境友好反应途径来合成重要的化工产品也受到了人们广泛的关注。本课题讨论由二氧化碳和甲醚直接合成DMC无论是从能源的角度还是环境的角度，对社会的可持续发展都具有重要意义。

1.2二氧化碳和碳酸二甲酯概述

（1）二氧化碳在地球上贮存量极为丰富，它在大气中的含量约为3%~4%，总量约为2.75*10¹²t^[5]。二氧化碳在工业上也已经被用作惰性气体介质，在金属加工业中用作保护气体，消防中用作泡沫灭火器^[6]。目前对二氧化碳的利用主要集中在对二氧化碳的储存利用，对它的循环利用以及对它的转化利用。这样不仅能减少碳的排放，还能获得一定的经济效益，所以近几年来关于它的综合利用被全球特别的关注。世界各国已经开展了许多二氧化碳综合利用变废为宝的研究，并取得了很大的进展。实现二氧化碳的资源转化，不仅能够生成有机燃料，合成其他有机化工原料，中间体或有机化工产品，同时还可以减少环境的污染。加强对二氧化碳的研究，使它有效地成为化工资源，对解决环境问题，能源问题都具有非常深远的意义。

（2）碳酸二甲酯（Dimethyl Carbonate，DMC），常温下为无色，低毒略带香味的透明可燃液体，它的相对密度为1.0718，熔点4℃，沸点90.2℃，闪点18℃。不溶于水，能与乙醇，乙醚，丙酮等多种有机溶剂混溶，对大多数金属无腐蚀性，对皮肤，眼，粘膜有刺激性^[7-9]，是一种新型的有机合成中间体。

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