乙二醇二甲醚(簡稱DME)具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和溶解性能，是一種無色非質(zhì)子極性溶劑，亦可作氣體吸附劑、添加劑、清洗劑、催化劑等，廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域。近年來，由于美國、西歐和日本的DME產(chǎn)能降低，我國逐步取代歐美而成為全球的生產(chǎn)基地，對DME清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)提出了更高要求。

環(huán)氧乙烷開環(huán)醚化綠色工藝設(shè)計

環(huán)氧乙烷開環(huán)與二甲醚合成DME生產(chǎn)工藝，設(shè)備腐蝕性小，反應(yīng)條件溫和且耐高溫，產(chǎn)物選擇性高，催化劑與產(chǎn)物易分離，重復(fù)使用性能好，其中高效、環(huán)境友好催化劑是突破點。環(huán)氧乙烷的三元環(huán)張力大，易斷裂，使得其反應(yīng)活性高，在催化劑提供質(zhì)子或空軌道時，三元環(huán)中的C—O鍵斷裂，發(fā)生環(huán)氧基開環(huán)。 

1.反應(yīng)機理 

環(huán)氧乙烷與固體酸B酸活性中心的H+反應(yīng)，生成質(zhì)子化環(huán)氧乙烷，質(zhì)子化環(huán)氧乙烷與二甲醚以親核反應(yīng)開環(huán)形成質(zhì)子化DME過渡態(tài)，質(zhì)子化DME過渡態(tài)中間體脫氫生成產(chǎn)物DME，同時脫出的質(zhì)子氫繼續(xù)與環(huán)氧乙烷生成質(zhì)子化環(huán)氧乙烷，循環(huán)使用。相應(yīng)的反應(yīng)方程式如下：

固體L酸催化劑吸附微量水分，催化劑釋放出質(zhì)子氫，釋放出的質(zhì)子氫與環(huán)氧乙烷作用，形成質(zhì)子化環(huán)氧乙烷，質(zhì)子化環(huán)氧乙烷開環(huán)與二甲醚反應(yīng)，生成質(zhì)子化DME過渡態(tài)，過渡態(tài)質(zhì)子化DME釋放出質(zhì)子氫，生成產(chǎn)物DME，釋放出的質(zhì)子氫循環(huán)使用，使反應(yīng)得以維持，或釋放出的質(zhì)子氫回到催化劑表面，與催化劑表面的羥基作用，脫出水分后循環(huán)使用。相應(yīng)的反應(yīng)方程式如下：

2.反應(yīng)催化劑

環(huán)氧乙烷開環(huán)醚化工業(yè)化生產(chǎn)DME常用醇鈉作為催化劑，此催化劑的缺點是選擇性低，反應(yīng)產(chǎn)物收率低，不能循環(huán)使用，環(huán)境污染嚴(yán)重等。采用固體酸催化環(huán)氧乙烷開環(huán)醚化反應(yīng)，可以有效提高反應(yīng)選擇性，提高催化劑與產(chǎn)物的分離效率，催化劑能夠有效循環(huán)利用。在對大量文獻(xiàn)資料進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，明確了環(huán)氧乙烷開環(huán)非均相反應(yīng)催化劑的研究方向、開發(fā)途徑和性能優(yōu)化方式，創(chuàng)新設(shè)計了兼具B酸與L酸的復(fù)合催化劑，通過對不同類型的活性位協(xié)同催化的研究，選擇具有較高的活性、選擇性與穩(wěn)定性的催化劑ZrO2/TiO2，在連續(xù)生產(chǎn)的固定床反應(yīng)器上催化環(huán)氧乙烷與二甲醚合成DME。

總結(jié)

隨著DME應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展以及社會發(fā)展對環(huán)境要求的提高，對綠色生產(chǎn)工藝提出了更高要求。目前用于工業(yè)化生產(chǎn)DME的工藝主要是Williamson合成法，此法常用均相堿性催化劑醇鈉，對生產(chǎn)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，副產(chǎn)物復(fù)雜難于分離，會產(chǎn)生毒性物質(zhì)，對環(huán)境污染嚴(yán)重。 

環(huán)氧乙烷與二甲醚在催化劑作用下進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)合成DME，國外雖有專利報道，但生產(chǎn)工藝為均相反應(yīng)，產(chǎn)品分離困難，腐蝕性大，產(chǎn)生的工業(yè)鹽和大量廢水對環(huán)境污染嚴(yán)重。而環(huán)氧乙烷在固體酸催化劑的作用下開環(huán)選擇性醚化制DME屬于原子經(jīng)濟反應(yīng)，符合綠色環(huán)保新工藝要求。