二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯的新型催化剂制备与研究

发布时间：2017-07-19 10:28

  本文关键词：二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯的新型催化剂制备与研究

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【摘要】：CO2作为主要的温室气体,同时又是种价廉易得、可再生的丰富C1资源。目前通过化学固定法将CO2转化为可用的化学产品的研究引起了人们的广泛关注。其中利用CO2与环氧化合物环加成反应合成环状碳酸酯的反应路线,底物原料价格低廉、反应过程中没有其他副产物,原子利用率可达100%,符合“绿色化学”和“原子经济”,是很有前景的重要技术途径之一。作为最终产物的环状碳酸酯也是十分重要的化学产品。迄今为止,该方向已有大量的催化剂被研究开发出来,如碱金属盐、金属氧化物以及离子液体等。但大多存在催化活性不够、反应条件较苛刻或催化剂与反应物难分离等问题。本论文中主要针对这些问题,设计和研究了两种新型多相催化剂并将其用于合成环状碳酸酯的环加成反应中。(1)通过在稳定性较好的聚合物氯甲基聚苯乙烯(P-Cl)上嫁接功能化1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯基离子液体,得到一系列具有不同官能团、不同碳链长度、不同卤素阴离子的新型负载型离子液体催化剂。其中负载羧基功能化离子液体的聚合物(P-[TBDC2H4COOH]Br)在羧基和溴阴离子的共同作用下,能在无溶剂无助催化剂的条件下催化环加成反应,且催化活性高、稳定性较好、多次循环利用。该催化剂在140 oC、2 MPa、2 h、催化剂量为0.24 mol%(以负载的离子液体含量计算)的条件下,催化得到碳酸丙烯酯的选择性和产率分别为96.3%和100%,循环使用5次后其催化效果未有明显下降。(2)通过简单的一步水热法合成了Cr-MIL-101-NH2材料,之后采用后修饰法在材料上嫁接季擕盐,得到新型材料Cr-MIL-101-[BuPh3P]Br。由于该催化剂比表面积大、具有大量不饱和金属中心同时又负载了季擕盐离子液体,因而能在无溶剂无助催化剂的条件下高效催化环加成反应且反应条件温和,热稳定性也稍有提升。该催化剂在120 oC、2 MPa、2 h、催化剂量为0.13 mol%(以离子液体含量计算)的条件下催化得到碳酸丙烯酯的产率从42.8%上升到97.8%,循环四次后催化效果有所下降。
【关键词】：二氧化碳 环加成反应 环状碳酸酯 环氧化合物 多相催化剂
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701;O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 二氧化碳的研究利用现状10
• 1.3 环状碳酸酯的研究与利用10-11
• 1.4 多相催化剂11-18
• 1.4.1 金属氧化物催化剂11-12
• 1.4.2 分子筛及黏土类催化剂12-13
• 1.4.3 负载型离子液体催化剂13-16
• 1.4.4 金属有机骨架材料（MOFs）催化剂16-18
• 1.5 本课题研究的主要内容18-19
• 第二章 实验部分19-23
• 2.1 实验试剂19-20
• 2.2 实验仪器及设备20
• 2.3 催化剂的表征20-21
• 2.3.1 X-射线衍射分析20
• 2.3.2 场发射扫描电子显微镜及能谱仪20-21
• 2.3.3 傅里叶红外光谱分析21
• 2.3.4 比表面积测试21
• 2.3.5 热重分析（TGA）21
• 2.3.6 X-射线光电子能谱（XPS)21
• 2.4 环加成反应试验21-23
• 2.4.1 二氧化碳环加成反应21-22
• 2.4.2 色谱分析方法的建立22
• 2.4.3 定量分析计算方法22-23
• 第三章 聚合物负载功能化离子液体催化环加成反应23-38
• 3.1 引言23-24
• 3.1.1 聚合物P-TBD的制备23
• 3.1.2 聚合物负载功能化离子液体的制备23-24
• 3.2 催化材料的表征24-28
• 3.2.1 FT-IR光谱分析24-25
• 3.2.2 X-射线衍射 (XRD)25-26
• 3.2.3 扫描电镜（SEM）及元素分析（EDS）26-27
• 3.2.4 TG-DSC谱图分析27-28
• 3.3 结果与讨论28-36
• 3.3.1 催化剂性能的研究28-30
• 3.3.2 反应条件对P-[TBDC2H4COOH]Br催化性能的影响30-34
• 3.3.3 CO_2与不同环氧化物间的环加成反应34-35
• 3.3.4 可能的反应机理35-36
• 3.4 本章小结36-38
• 第四章 Cr-MIL101NH_2负载离子液体催化环加成反应38-57
• 4.1 引言38
• 4.2 催化材料的制备38-40
• 4.2.1 Cr-MIL101NH_2的合成与活化38-39
• 4.2.2 Fe-MIL101NH_2的合成与活化39
• 4.2.3 离子液体[BrBuPh_3P]Br的合成39
• 4.2.4 MIL101NH_2固载离子液体39-40
• 4.3 催化材料的表征40-48
• 4.3.1 X-射线衍射（XRD）40-41
• 4.3.2 扫描电镜（SEM）及元素分析（EDS）41-43
• 4.3.3 红外光谱分析（FT-IR）43-44
• 4.3.4 X射线光电子能谱(XPS)44-46
• 4.3.5 比表面积分析(BET)46-47
• 4.3.6 TG-DSC谱图分析47-48
• 4.4 结果与讨论48-56
• 4.4.1 Cr-MIL101[BuPh_3P]Br的催化性能48-49
• 4.4.2 反应条件对Cr-MIL101[BuPh_3P]Br催化性能的影响49-54
• 4.4.3 CO_2与不同环氧化物间的环加成反应54-55
• 4.4.4 可能的反应机理55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 总结与展望57-59
• 5.1 总结57-58
• 5.2 展望58-59
• 参考文献59-68
• 硕士期间发表的论文68-69
• 致谢69-70

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本文编号：562435