金属酞菁—碳化氮复合材料催化二氧化碳化学固化制备环状碳酸酯

发布时间：2017-08-17 06:19

  本文关键词：金属酞菁—碳化氮复合材料催化二氧化碳化学固化制备环状碳酸酯

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【摘要】：从上个世纪开始,二氧化碳在大气中不断增长的浓度逐渐成为媒体中报道的一个热点话题,现在大气中二氧化碳浓度是386 ppm,远远超过了工业革命前的280 ppm,这势必会导致全球气温上升,引起温室效应。二氧化碳是一种储量丰富,低廉,可再生的碳资源和环境友好型的化学试剂,对化学家来说,它是有机合成的重要原料,因此相比于捕获、储存CO_2,将其转化为有用的化学品似乎更具有经济意义。其中一个比较有效的方法就是利用CO_2和环氧化合物的环加成反应,化学固化制备环状碳酸酯,该反应的原子利用率为100%,生成的碳酸酯可以用作极性的非质子溶剂,锂离子电池的电解液,以及合成聚碳酸酯和聚氨酯的中间体等。但是目前用于这一催化反应的催化剂大部分活性低,分离困难或合成路线复杂。因此,本文采用了一种高温热解法,在氮气条件下,通过直接煅烧二氰二胺和不同金属酞菁的混合物,得到双功能的亲核-亲电催化剂金属酞菁 碳化氮复合材料,即[MPc/g-C_3N_4(M=Co,Cu)],并采用不同的表征方法,如XPS、FT-IR、XRD等来确定是否成功合成了该催化剂。在无溶剂、无助催化剂条件下,用金属酞菁 碳化氮复合材料作催化剂,考察了二氧化碳与环氧氯丙烷化学固化制备环状碳酸酯的反应条件。研究发现,480℃下煅烧的MPc/g-C_3N_4催化活性最高,130℃下反应24 h,分别用CoPc/g-C_3N_4-480(0.66)与CuPc/g-C_3N_4-480(0.78)催化反应时,产物收率可达97.6%、93.6%。并且,催化剂可以通过简单的过滤从反应体系中分离出来,作为一种多相催化剂可以循环使用至少六次。对于该双功能催化剂MPc/g-C_3N_4,MPc作为路易斯酸中心,通过亲电攻击使环氧氯丙烷活化;而在g-C_3N_4的石墨层边缘,有很多没有完全聚合,以伯胺( NH2)、仲胺( NH )形式存在的胺物种,它们具有固体碱的性质,可以作为结构缺陷通过亲核攻击使CO_2活化。这种催化剂稳定性高,不溶于一般有机溶剂,可作为一种非均相催化剂用于CO_2的固化反应中。
【关键词】：二氧化碳固化 环状碳酸酯 金属酞菁 碳化氮
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X511;O643.36
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-22
• 1.1 引言7-9
• 1.1.1 二氧化碳的研究利用现状7-8
• 1.1.2 二氧化碳的研究利用意义8-9
• 1.2 碳酸酯的合成研究9-11
• 1.2.1 环状碳酸酯的应用研究9
• 1.2.2 环状碳酸酯的合成方法9-11
• 1.3 均相催化剂11-15
• 1.3.1 离子液体催化剂11-13
• 1.3.2 金属酞菁13-14
• 1.3.3 席夫碱催化剂14-15
• 1.3.4 金属卟啉15
• 1.4 非均相催化剂15-18
• 1.4.1 负载型催化剂15-17
• 1.4.2 金属氧化物催化剂17-18
• 1.4.3 粘土类催化剂及改性的分子筛18
• 1.5 三嗪类化合物18-20
• 1.6 选题依据及研究内容20-22
• 1.6.1 选题依据20-21
• 1.6.2 研究内容21-22
• 第二章 实验部分22-28
• 2.1 实验原料与试剂22-23
• 2.2 实验仪器与设备23
• 2.3 金属酞菁-碳化氮复合材料（MPc/g-C_3N_4）的制备23-24
• 2.4 环加成反应实验24-25
• 2.5 反应结果分析25-26
• 2.5.1 气相色谱条件25
• 2.5.2 定量分析方法25-26
• 2.6 催化剂的表征方法26-28
• 2.6.1 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）26
• 2.6.2 X射线衍射XRD26
• 2.6.3 X射线光电子能谱（XPS）26-27
• 2.6.4 透射电子显微镜（TEM）27
• 2.6.5 热重分析（TGA）27
• 2.6.6 紫外-可见吸收光谱（UV-vis）27-28
• 第三章 MPc/g-C_3N_4的表征28-41
• 3.1 引言28-29
• 3.2 催化剂MPc/g-C_3N_4的表征29-39
• 3.2.1 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）29-33
• 3.2.2 X射线衍射（XRD）33-36
• 3.2.3 X射线光电子能谱（XPS）36-38
• 3.2.4 透射电子显微镜（TEM）38-39
• 3.2.5 热重分析（TGA）39
• 3.3 本章小结39-41
• 第四章 MPc/g-C_3N_4催化二氧化碳化学固化制备环状碳酸酯的催化性能研究41-54
• 4.1 引言41-42
• 4.2 催化剂性能评价42-48
• 4.2.1 金属酞菁（MPc）含量和煅烧温度的影响42-43
• 4.2.2 反应温度和反应时间的影响43-45
• 4.2.3 CO_2压力的影响45-46
• 4.2.4 催化剂用量的影响46-48
• 4.3 催化剂循环使用性的考察48-49
• 4.4 反应机理49-52
• 4.5 催化剂使用范围讨论52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 结论与展望54-56
• 5.1 结论54
• 5.2 展望54-56
• 附录56-61
• 缩写说明61-62
• 参考文献62-71
• 硕士期间发表论文71-72
• 致谢72-74

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本文编号：687499