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)SCuSiCHClCHiCl催化剂（
此过程的主要副反应是
333)SCuSiCHClCHiCl催化剂（
333)SCuSiCHClCHiCl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。 SiSi2SiCHSiSiOSi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。