【开题报告】铜系催化剂的配方优化

开题报告
高分子材料与工程
铜系催化剂的配方优化
一、选题的背景和意义
由于有机硅独特的结构，兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业，其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。

随着有机硅数量和品种的持续增长，应用领域不断拓宽，形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系，许多品种是其他化学品无法替代而又必不可少的。

制备有机硅材料离不开有机硅单体，二甲基二氯硅烷（以下简称二甲）是最重
要，也是用量最大的有机硅单体，占据着大约90%的用量。

目前国内外普遍采用由美国通用电气公司的罗乔(E G Rochow )发明的“直接法”生产二甲基二氯硅烷，其主反应为
3322)S Cu Si CH Cl CH iCl +催化剂（此过程的主要副反应是
333)S Cu Si CH Cl CH iCl +催化剂（
333)S Cu Si CH Cl CH iCl +催化剂（主反应的产物是二甲基二氯硅烷。

副产物中除了一甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷外尚有少量的一甲基二氯硅烷、四甲基硅烷及各种氢氯硅烷和多种高沸物，如
，，等。

Si Si ≡-≡2Si CH Si ≡--≡Si O Si ≡--≡
直接法合成甲基氯硅烷，催化体系的好坏是提高劳动生产率，降低成本的关键。

虽然国外甲基氯硅烷生产的技术水平很高，但由于其对外实行技术保密，我国的甲基氯硅烷工艺主要依靠自行研发。

合成甲基氯硅烷催化体系的发展过程，大致为电解铜→氯化亚铜→铜→氧化铜体系，助催化剂则是从Zn、Sn、Al、Cd和Hg到一些新型金属混合物。

然而在上述触体中，用硅铜合金和硅铜混合物作触体，活性差，寿命短，选择性不好。

这是由于反应过程中硅铜合金颗粒表面上的硅原子不断被消耗，表现出富铜现象，不可避免地发生铜聚结，使颗粒内部的硅原子很难与氯甲烷分子接触，最终导致反应终止。

而使用硅与氯化亚铜混合组分的铜硅触体，由于新生态铜微粒较均匀地结合在硅粉的表面上，因此触体的反应活性较高，但是由于氯化亚铜自身的稳定性不好，存放过程易变质，使反应再现性降低。

加之，还原过程涉及四氯化硅，该物质沸点与三甲基氯硅烷非常相近，并形成共沸物，使三甲基氯硅烷的精制困难。

所以，被视为经典催化剂的是由Cu，CuO，Cu2O三组分组成的铜催化剂，它克服了以上几种催化剂的弊端，有效地提高了甲基氯硅烷的生产水平。

因此，近几年的开发主要是在三元复合铜催化剂催化剂的基础上，如何改变Cu，CuO，Cu2O三组分的不同配比来提高催化剂的催化活性和选择性，提高二甲基二氯硅烷的转化率。

大量的研究表明，三元铜催化剂具有更高的活性，可使产物中二甲含量达到90%，因此得到了广泛的应用。

二、研究目标与主要内容（含论文提纲）
研究目标：在实验室条件下制备出一种催化活性好、选择性优、转化率高的三元铜催化剂，确定三元铜各组分的配比。

（1）根据查阅的文献资料，选择不同的催化剂以及助催化剂的配比。

（2）通过流化床对配制出来的催化剂性能进行评价，考察二甲基二氯硅烷的产率以及选择性。

（3）优化工艺条件，以确定最佳催化剂配比。

论文提纲：第一章文献综述
第二章实验方案
第三章实验结果与讨论
第四章结论
三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等
以直接法来制备二甲基二氯硅烷，通过单因素法来确定最佳催化剂配比。

通过气相色谱分析仪对合成的产品进行分析，以确定二甲基二氯硅烷的产率以及选择性。

根据二甲的产率以及选择性做出对催化剂性能的评价
实验方案：在流化床中填加30g硅粉，催化剂的用量为硅粉的6%，并按照一定的
比例添加助催化剂。

硅粉与催化剂及助催化剂溶于无水乙醇置于超声波清洗机充分混合后，过滤后，置于真空烘箱干燥24h，装料。

以一定的升温速度将预热器和反应装置升至300℃，最后稳定在反应温度330℃。

一氯甲烷由储罐中出来，经过过滤和气化，通过质量流量控制器控制流量。

一氯甲烷气体在进入流化床之前先经过预热达到反应所需要的温度，然后通过流化床底部的分布器进入反应器，与触体(即硅粉与催化剂)接触后发生合成反应。

流化床的多环加热系统在程序升温控柜的作用下保证了反应所需的恒定温度。

经过流化和反应之后，气态产物连同没有反应的一氯甲烷气体一起经过流化床顶部的过滤器，再经分凝器将粗制二甲基二氯硅烷以液相分离出来。

分离后的气体基本是一氯甲烷气体，通过尾气处理装置处理后排空。

经冷凝分离出来的液相经储液罐储存。

提取储存的液相进入气象色谱分析。

实验主要考察催化剂对二甲基二氯硅烷的产率以及选择性，以筛选出最佳的催化剂配比，及其对应的最优合成工艺条件。

四、参考文献
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五、研究的整体方案与工作进度安排（内容、步骤、时间）
进度安排：
序号时间内容
1 12.01至12.15 文献的查阅及实验方案的制定
2 12.15至12.31 实验前期准备及初步实验探索
3 1.01至3.15 进行实验，根据实验影响因素优化工艺条件
4 3.16至4.30 整理数据，撰写论文
六、研究的主要特点及创新点
传统用CuCl2-Zn体系作为催化剂制备二甲基二氯硅烷，反应中二甲基二氯硅烷含量、触体产率、硅和氯甲烷等原料的利用率都不是很高，而且氯化亚铜生产过程中造成环境污染及贮存的稳定性也不易解决。

因此，采用一定比例配置的三元复合铜催化活性好，操作简单，污染小，制备得到的二甲产率高、选择性好。