二氧化碳催化转化合成几种化学品的研究

发布时间：2017-12-26 03:27

本文关键词：二氧化碳催化转化合成几种化学品的研究　出处：《武汉轻工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来,随着人类对传统能源的不断消耗使得大气中二氧化碳(CO2)浓度极速攀升。CO2是引起“温室效应”的主要因素,也是地球上储量最丰富、分布最广阔的碳资源。从资源利用和环境保护的角度考虑,将CO2化学转化为有用化学品符合绿色化学的要求。本文以CO2为碳源合成N,N’-二丁基脲(DBU)、苯氨基甲酸甲酯(MPC)和碳酸二苯酯(DPC)三种化学品。研究了氢氧化铯(Cs OH)催化CO2和正丁胺一步合成DBU。采用气相色谱(GC)对产物进行了定量分析,并运用红外光谱(IR)、质谱(MS)和核磁共振氢谱(1H-NMR)对产物结构进行了表征。考察了催化剂、溶剂、反应时间、反应温度和反应压力的影响。当采用乙腈作溶剂,催化剂Cs OH与正丁胺摩尔比为0.1时,170 o C和8 MPa下反应10 h,DBU的产率和选择性分别为91.8%和98.0%。采用气质联用(GC-MS)对产物进行了定性分析,并在此基础上提出了合成DBU的可能反应机理。研究了氧化铈(CeO2)催化CO2、苯胺和甲醇(CH3OH)合成MPC,结果表明,在反应体系中引入正丁基锂(BuLi)可以显著提高CeO2的催化活性。在CeO2:BuLi:苯胺:CH3OH=0.3:1:1.5:225(摩尔比)、170oC和CO2初始压力为5 MPa的条件下反应12 h,MPC产率达到了9.4%。对CO2、苯胺和CH3OH合成MPC的多种可能反应途径进行了探讨,并采用GC-MS对产物进行了定性分析。在结合研究结果及产物的GC-MS定性分析结果的基础上,推测异氰酸苯酯是利用CO2、苯胺和CH3OH合成MPC的反应中间体,提出了合成MPC的可能反应机理。采用磁性纳米粒子Fe3O4和正硅酸乙酯制备Fe3O4@SiO2复合氧化物载体,通过负载ZnBr2得到Fe3O4@SiO2-ZnBr2。采用IR、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)及BET法对负载催化剂进行了表征,并运用原子吸收(AAS)测定了负载催化剂中的Zn含量。IR和XPS的结果表明,Fe3O4@SiO2-ZnBr2表面有大量的羟基,XPS表征还表明羟基与ZnBr2可反应生成配合物,有助于提高催化活性。研究了Fe3O4@SiO2-ZnBr2在CO2、苯酚和CCl4合成DPC反应中的催化性能,在Zn的负载量为15.1%、ZnBr2与苯酚的摩尔比为0.1、反应温度130oC和反应压力8 MPa的条件下反应4 h,DPC产率达28.1%。反应完成后,回收了负载催化剂Fe3O4@SiO2-ZnBr2并研究了其重复催化性能。研究结果表明,在前4次循环使用过程中,Fe3O4@SiO2-ZnBr2的催化活性基本保持不变。采用GC-MS对反应产物进行了定性分析,除了生成目标产物DPC外,还有副产物水杨酸苯酯生成,探讨了非均相催化剂体系中合成DPC的可能反应机理。
【学位授予单位】：武汉轻工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X701;TQ207

【参考文献】