一种用于有机硅单体制备的三元铜粉催化剂及其制备方法.pdf
（19）国家知识产权局
（12）发明专利申请
（10）申请公开号
（43）申请公布日期
（21）申请编号2.X
（22）申请日期：2022.08.11
（71）申请人山东中科盛创微纳科技发展有限公司
管理
地址：山东省淄博市梅城经济开发区
和工业园汇业路3号
申请单位：中国科学院过程工程研究所
（72）发明人：高俊杰、周华波、徐东、张毅
（74）专利代理机构 济南泉城专利商标事务所
37218
专利代理人 耿媛媛
（51）国际法
/72(2006.01)
/02(2006.01)
/10(2006.01)
/00(2006.01)
/14(2006.01)
/08(2006.01)
C07F7/16(2006.01)
/00(2006.01)
（54）发明名称
用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂
药剂及其制备方法
（57）摘要
用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂
剂及其制备方法，属于一种合成有机硅单体的新型催化剂
材料领域。包括以下步骤：1）制备白炭黑和铜粉
2）白碳黑与铜粉均匀混合
将空气通入混合物进行氧化，得到铜粉和氧化铜粉。
混合物；将铜粉和氧化铜粉的混合物直接放入
在隔热筒仓内，通入空气后，以密封的方式进行二次氧化。
调节得到含有白碳黑和氧化铜粉的铜粉混合物
3)步骤2)得到的含白炭黑的铜粉与氧化铜粉
将化合物混合物球磨以获得三元铜粉催化剂。
本发明解决了利用三元铜催化剂合成甲基氯硅烷的问题
当铜粉在高温区域氧化时，容易形成坚硬且不平整的
同时也解决了催化剂在使用过程中容易发生冷凝的问题。
和烧结，影响催化剂的催化活性和寿命。
问题。
权利要求 2 页 说明 8 页 附件 2 页
2022.09.09
1、一种用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂，其特征在于：所述三元铜粉催化剂的粒径为
重量百分比为1-15μm，Cu含量为1-15%，Cu
O含量40-75%、CuO含量20-40%、白碳含量
1-5%。
2、一种用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
脚步：
1)将铜粉与白碳黑混合，得到均匀的白碳黑和铜粉混合物；
2)将步骤1)得到的白炭黑与铜粉的均匀混合物放入旋转管式炉中，通入空气。
进行氧化，得到铜粉与氧化铜粉的混合物；然后打开旋转管式炉的出料口，将铜粉与
将铜粉与氧化物的混合物直接放入保温料仓内，通入空气后密封进行二次氧化调节，以调节铜
铜粉和氧化铜混合物中的 Cu-Cu
利用O-CuO三元组份的含量得到含有白炭黑和铜粉氧的铜粉。
化合物的混合物；
3)将步骤2)得到的含有白炭黑的铜粉与氧化铜粉的混合物进行球磨，以精确控制球磨产物。
测定材料的粒度分布，得到三元铜粉催化剂。
3、根据权利要求2所述的用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂的制备方法，其特征在于：
其特征在于步骤1)中白炭黑为沉淀白炭黑或气相白炭黑。
4、根据权利要求2所述的用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂的制备方法，其特征在于：
本发明的特征在于：所述白炭黑为气相白炭黑；所述气相白炭黑的比表面积为100～500m
/G。
5、根据权利要求2所述的用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂的制备方法，其特征在于：
其特征在于：步骤1)中铜粉为电解铜粉、雾化铜粉或海绵铜粉。
6、根据权利要求2所述的用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂的制备方法，其特征在于：
其特征在于步骤1)中铜粉与白炭黑的质量比为（20～200）：1。
7.根据权利要求2所述的用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂的制备方法，其特征在于：
其特征是：将步骤2)放入旋转管式炉中，通入空气进行氧化：氧化温度为300-
600℃，再在加料端加入白碳黑与铜粉均匀混合，通入空气，留在旋转管式炉中进行氧化
经过1-3小时，物料从旋转管式炉的出料端排出，得到铜粉与氧化铜粉的混合物；旋转
引入旋转管式炉的混合物中空气与铜粉的摩尔比为（5‑30）：1。
8、根据权利要求2所述的用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂的制备方法，其特征在于：
其特征在于：步骤2)中铜粉与铜粉氧化物混合物的二次氧化调节采用旋转管式炉进行
出料口用于将铜粉和氧化铜粉的混合物直接放入绝缘料仓，通入空气后，
将混合物放入密封室内氧化1-3小时后，得到经过二次氧化调节后的铜粉与铜粉氧化物的混合物；保存
通入暖仓的空气与混合料中铜粉的摩尔比为（1-10）：1。
9.根据权利要求2所述的用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂的制备方法，其特征在于：
其特征在于：步骤3)中，将含有白炭黑的铜粉与氧化铜粉的混合物进行球磨，球磨设备
搅拌磨机、振动磨机、行星磨机、滚筒磨机中的任意一种；步骤3)中球磨机中的球磨珠及球磨机中的物料
质量比为（3-5）：1，球磨时间为1-3h，球磨气氛选自氮气、氩气或氦气中的任意一种；
球磨方法为干磨。
10.根据权利要求2所述的用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂的制备方法，其中
旋转管式炉包括炉架（11）和管式炉体，管式炉体包括外炉体（5）和内炉体
外炉体（4）和内炉体（4）分别为两端带有端盖的圆柱体，内炉体（4）套设在外炉体（5）上。
索赔
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内炉体（4）两端端盖上开设有内进料孔和内出料孔，内进料孔外侧开设有进料孔。
管(10)的内端安装在内出料孔的外侧，出料管(24)的内端安装在外炉体(5)的外端盖上。
设置有外进料孔和外进料孔，进料管（10）外端穿过外进料孔后安装进料阀（29）。
（24）外端穿过外进料孔后安装有出料阀（30）；进料管（10）与外进料孔之间安装有进料管轴。
所述出料管（24）与出料孔之间设有轴承座（28），用于安装出料管轴承座（26）；
炉架（11）上安装有U形支架（8），支架包括第一支撑臂（9）和第二支撑臂（13）。
第一轴承座、第二轴承座分别安装在支撑臂（9）、第二支撑臂（13）的上端；
该部件的左右两侧分别设置有第一驱动轴（6）和第二驱动轴（14），该部件的左右两侧分别设置有第一驱动轴（6）和第二驱动轴（14）。
第一驱动轴（6）设置在第一轴承座和第二轴承座内；第一驱动轴（6）的延伸端穿过第一轴承座与驱动电机连接
驱动电机（7）通过电机支架安装在炉架（11）上；第二传动轴（14）穿过第二轴承
第一锥齿轮（15）安装在座部向外延伸的端部；
外炉体(5)安装第二传动轴(14)的一侧设有侧传动支架(17)。
半轴齿轮轴（18）通过侧轴承座安装在（17）上，半轴齿轮轴（18）的两端装有第二锥齿轮。
端部传动支架安装在外炉体（5）的端盖上，外炉体（5）的一侧开设有出料孔。
（22），将端齿轮轴（21）通过端轴承座安装到端驱动支架（22）上，
第四锥齿轮(20)、第五锥齿轮(23)分别安装在两端；第一锥齿轮(20)安装在排出管(24)延伸端的外周壁上。
六个锥齿轮（25）；其中，第一锥齿轮（15）与第二锥齿轮（16）相互啮合，第三锥齿轮（19）与第四锥齿轮（25）相互啮合。
锥齿轮（20）相互啮合，第五锥齿轮（23）与第六锥齿轮（25）相互啮合；
炉架（11）上安装有高频加热线圈（12）；内炉体（4）内壁上沿母线方向焊接有三根加热元件。
金属柱（1）有一根以上，金属柱（1）上设有环形嵌槽，环形嵌槽内嵌设有旋转环，旋转环内嵌设有旋转圈。
第一金属杆(27)和第二金属杆(2)分别安装在环的两端，金属
球体（3）、第一金属杆（27）和第二金属杆（2）共线设置。
索赔
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中国
一种用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂及其制备方法
技术领域
[0001]
本发明属于合成有机硅单体的新型催化材料领域，具体涉及一种合成有机硅单体的新型催化剂。
一种利用固体制备的三元铜粉催化剂及其制备方法。
背景技术
[0002]
新型有机硅材料是有机-无机杂化材料，既具有有机结构，又具有无机结构。
有机硅材料具有许多优异的性能和特殊功能，广泛应用于国防尖端技术和国民经济各个部门。
使用。
[0003]
有机硅单体是制备有机硅材料的原料，甲基氯硅烷用途广泛
在有机硅单体中它占有机硅单体总量的90%以上，它的合成水平代表了一个国家有机硅工业的水平。
二甲基二氯硅烷（DMSO）开发程度最大，约占80%。
[0004]
直接合成法是工业上生产甲基氯硅烷的主要方法。即在催化剂、硅粉和
工业上采用氯甲烷直接在流化床中反应，一步得到甲基氯硅烷，此方法副反应多，产物组分复杂。
提高直接合成主要产物二甲基二氯硅烷的选择性和产率的重要途径之一是采用高活性
直接合成法所用的催化剂主要为铜基催化剂，由铜粉部分氧化制得。
三元铜 Cu‑Cu
O-CuO催化剂具有诱导期短、催化性能高、稳定性高、可长期运行、易于
由于其使用和储存的特点，它是直接合成甲基氯硅烷单体的催化剂中效果最好的。
[0005]
此外，Cu-Cu
O-CuO组成、粒度分布、比表面积等物理特性
催化剂的性能及制备工艺严重影响三元铜催化剂的使用寿命、反应活性和选择性。
可选择的。
[0006]
对于Cu-Cu三元铜催化剂
通过纯铜粉的部分氧化来实现O-CuO成分的调节。
获取三元铜 Cu‑Cu
然而，通过铜粉的部分氧化来制备三元铜Cu-Cu的最佳方法则是O-CuO。
O‑CuO工艺
容易烧结，造成氧化不均匀，随着温度的升高，特别是氧化温度大于400℃时，铜颗粒表面
表面氧化膜破裂或脱落，引起氧化迅速进行，使氧化过程难以操作和控制。
[0007]
为了解决铜粉难氧化的问题，美国专利和部分氧化
通过球磨部分氧化的铜粉制备铜粉。
三元铜催化剂的含量和粒径可以控制，中国专利采用流化床沉淀铜粉。
进行部分氧化，利用氨分解产生的氢气在还原炉中还原氧化铜得到铜粉，然后部分在流化床中
氧化制备三元铜催化剂；中国专利采用流化床氧化铜粉，去除表面杂质和深度
三元铜催化剂的制备是通过氧化改变物质结构和部分还原调整产物组成的方法进行的。但上述专利既需要氧化，又需要
流化床操作控制困难，三元铜催化剂的三元组分含量和粒度难以任意调节。
中国专利，利用铜粉经过二次固定管式炉氧化、二次高能球磨制备三元铜
铜-铜
O-CuO的含量和粒径可任意选择，但由于二次氧化和二次球磨，生产
成本较高。中国专利CN2，采用球磨法制备超细CuO粉末，然后与铜粉混合。
将三元铜粉催化剂均匀压制或附着在铜粉表面，再经过旋转管式炉梯度氧化及球磨工艺，得到三元铜粉催化剂。
该氧化剂解决了铜粉团聚、氧化不均匀、Cu-Cu
O-CuO三元组分含量不易
手动的
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中国
调控的难点在于制备的催化剂活性和选择性较高，但需要制备超细CuO粉末，生产成本较高。
[0008]
此外，三元铜催化剂 Cu‑Cu
O‑CuO在使用过程中需要良好的分散性，以防止
催化剂的团聚、烧结将导致催化剂的催化活性下降，影响催化剂的寿命。
[0009]
为了解决催化剂在使用过程中团聚、烧结的问题，日本专利特开第61-
将白炭黑加入硅粉和催化剂CuCl的混合物中，然后加入反应器中进行反应。
减少硅粉与CuCl混合物在反应器内的团聚和CuCl的烧结。但在实际流化床生产中
该工艺中硅粉使用量较大，且硅粉、催化剂CuCl及白炭黑的混合量较大，给操作带来困难。
2002-2007年，采用机械熔融法将白炭黑附着在铜基催化剂表面，处理后的催化剂可大大提高
催化剂的反应性能大大提高。然而，催化剂和二氧化硅的机械融合相当于催化剂
再次加工增加了生产成本。
[0010]
综上所述，现有的三元铜催化剂制备工艺解决了铜粉在高温区域易氧化、板结的问题。
三元铜催化剂在使用过程中存在均匀性问题，以及需要防止催化剂的凝聚和烧结，导致催化
但仍存在活性下降、影响催化剂寿命，以及制备工艺复杂、成本高、操作困难等问题。
发明内容
[0011]
本发明的目的是根据现有技术，制备一种用于合成甲基氯硅烷的三元铜催化剂。
解决了铜粉在高温区域易氧化、不均匀的问题，以及防止催化剂在使用过程中结块、烧焦的问题。
但其制备工艺复杂，成本高，操作困难等缺点。本发明提供了一种制备
一种由有机硅单体制备的三元铜粉催化剂及其制备方法。
[0012]
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂，其特征在于：所述三元铜粉催化剂的粒径为1～15μm。
重量百分含量为：Cu含量1-15%，Cu
O含量为40‑75%、CuO含量为20‑40%、白炭黑含量为1‑5%。
[0013]
一种用于制备有机硅单体的三元铜粉催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将铜粉与白碳黑混合，得到均匀的白碳黑和铜粉混合物；
2)将步骤1)得到的白炭黑与铜粉均匀混合后放入旋转管式炉中，通入
将铜粉用空气氧化，得到铜粉和铜粉氧化物的混合物；然后打开旋转管式炉的出料口，将铜粉
将粉末与铜粉氧化物的混合物直接放入绝缘料仓内，通入空气后密封进行二次氧化调整。
控制铜粉与氧化铜混合物中Cu-Cu含量
O-CuO三元组分含量，得到含有白炭黑和铜的铜粉
氧化物粉末的混合物；
3) 将步骤2) 得到的含有白炭黑的铜粉与氧化铜粉的混合物进行球磨，精确控制球磨
测定研磨物的粒度分布，得到三元铜粉催化剂。
[0014]
优选的，步骤1)中所述白炭黑为沉淀白炭黑或气相白炭黑。
[0015]
优选地，所述白炭黑为气相白炭黑；所述气相白炭黑的比表面积为100-500
/G。
[0016]
优选的，步骤1)中所述铜粉为电解铜粉、雾化铜粉或海绵铜粉；
铜粉与白炭黑的质量比为（20‑200）：1。
[0017]
优选地，步骤2)中，通入空气进行旋转管式炉进行氧化：氧化温度为300-600