类水滑石基复合金属氧化物催化剂的构筑及其协同催化氨基甲酸甲酯与甲醇合成碳酸二甲酯性能研究

Dimethyl carbonate are very important chemical materials and organic synthesis intermediate which have numerous applications, especially as the carbonylation reagent instead of phosgene. The synthesis of dimethyl carbonate from urea and methanol, of which the methyl carbamate alcoholysis is the key step, is significant for CO2 resource utilizations. Regarding to the reaction of methyl carbamate alcoholysis, this project emphasis on the studies of synthesis of dimethyl carbonate from methyl carbamate and methanol catalyzed by hydrotalcite-like based mixed metal oxides catalysts, design and prepare the catalysts; regulate and control the catalysis performance by changing the types of metal cations, and inverstigate the synergic catalysis for the selectivity and yield regulations, reveal the synergic catalysis mechanism and structure-effect relationship, in order to learn the nature of carbamates alcoholysis. The research results will provide the theoretical basis and technical direction for the industrialization of synthesis of DMC from CO2.

碳酸二甲酯是一种用途十分广泛的有机合成中间体，特别是在取代光气作为羰基化原料方面。尿素与甲醇进行醇解合成碳酸二甲酯的方法对二氧化碳的资源化利用具有重要意义，而氨基甲酸甲酯与甲醇的醇解是该方法的关键步骤。本项目针对氨基甲酸甲酯的醇解反应，重点开展类水滑石基复合金属氧化物协同催化氨基甲酸甲酯与甲醇合成碳酸二甲酯的研究，设计和制备类水滑石基复合金属氧化物催化剂，通过改变金属阳离子的种类和数量调控其催化性能，并探究其离子间协同催化作用对产物选择性和收率的催化调控规律，揭示其协同催化作用机制和“构-效”关系，进一步认识氨基甲酸酯类化合物的醇解反应本质，为利用二氧化碳间接合成碳酸二甲酯的工业化提供理论指导和技术依据。

本项目针对氨基甲酸甲酯的醇解反应，重点开展二元、三元类水滑石基复合金属氧化物协同催化氨基甲酸甲酯与甲醇合成碳酸二甲酯的研究。研制出氨基甲酸甲酯醇解合成碳酸二甲酯的高性能类水滑石基复合金属氧化物催化剂，并获得催化剂的高效清洁合成制备技术。通过改变金属阳离子的种类和比例调控其催化性能，并提出将过渡、稀土金属活性组分掺杂到类水滑石基复合金属氧化物中用于醇解反应，获得不同金属离子调变的类水滑石基复合金属氧化物协同催化氨基甲酸甲酯醇解反应的规律和“构-效”关系，为研制新的高效氨基甲酸甲酯醇解催化剂提供理论依据和技术支撑，也为氨基甲酸酯类化合物的催化醇解反应提供理论参考。同时，探究其离子间协同催化作用对产物选择性和收率的催化调控规律，对反应进行工艺条件的优化，对其催化反应动力学进行了探究，考察了催化剂参与催化反应的动力学模型并通过拟合计算获得反应体系中主反应MC与甲醇合成DMC的动力学参数。确定反应路径，推导可能的反应机理，构建反应网络，建立反应动力学模型，求解动力学参数，揭示氨基甲酸甲酯在类水滑石基复合金属氧化物催化剂表面醇解的化学特征，可针对该反应过程进行大规模工业生产提供进一步的理论指导。.在本项目研究过程中，共发表高水平SCI论文30篇。共培养毕业博士研究生2名，毕业硕士研究生8名，在读博士研究生1名，在读硕士研究生2名。项目成果项目主要成果形成中国发明专利授权1项，公开1项。