[發明專利]無機物插層納米羧酸鋅催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200710116072.2
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101468320A
• 公開（公告）日: 2009-07-01
• 發明（設計）人: 葛祥才;陶緒泉;滕謀勇;邵鑫;李文智;儀修杰;王欣彥
• 申請（專利權）人: 聊城大學
• 主分類號: B01J31/04
• 分類號: B01J31/04;B01J23/06;B01J21/16;C08G64/34
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司
• 代理人: 李浩成

技術領域

本發明涉及一種納米羧酸鋅催化劑的制備方法，尤其是涉及一種主要用于催化二氧化碳與環氧化物共聚合成脂肪族聚碳酸酯的無機物插層納米羧酸鋅催化劑及其制備方法。

背景技術

目前全世界每年因燃燒化石燃料及水泥、煉油、發酵等生產過程產生的二氧化碳超過百億噸，造成了日益嚴重的溫室效應，極大地影響了人類的生存環境和經濟社會的可持續發展。同時，二氧化碳又是自然界中重要的碳資源，它在地球上的儲藏量比天然氣、石油和煤的總和還多。隨著全球碳資源的日益緊張和溫室效應的日益加劇，人類對于探索科學利用二氧化碳的途徑高度重視。其中，利用二氧化碳與環氧化物共聚合成可降解脂肪族碳酸酯因其具有良好的應用價值和開發前景備受人們的關注。

雖然利用二氧化碳與環氧化物共聚合成的脂肪族聚碳酸酯具有生物可降解性，是一種綠色化工產品，但由于聚合反應催化劑催化效率低，生產成本高，限制了它的工業化生產。尋找催化二氧化碳與環氧化物共聚合的高效低成本催化劑，是降低生產成本的關鍵。目前用于此反應的催化劑基本上屬于陰離子配位型，如二乙基鋅體系催化劑、有機金屬鋁卟啉絡合物催化劑、聚合物負載鐵鋅雙金屬絡合物催化劑、二元羧酸鋅催化劑以及某些稀土化合物催化劑等。

近年來國內外一直在關注二元羧酸鋅催化體系(尤其是戊二酸鋅催化體系)，韓國的科技大學研究了不同的鋅化合物如氧化鋅、氫氧化鋅、硝酸鋅及二乙基鋅制備的戊二酸鋅的活性，發現由氧化鋅制備的戊二酸鋅催化二氧化碳與環氧丙烷所得產物聚碳酸酯分子量較高，同時也對聚合方法作了一些改變，直接用環氧丙烷作反應溶劑，催化效率可達191.4克聚合物/克鋅(見M.Ree；J.Y.Bae；J.H.Jung；T.J.Shin，Journal?of?Polymer?Sci.，Part?A：Polymer?Chemistry，1999，37，1863)。

中國科學院廣州化學研究所的孟躍中等人發明了一種無機插層納米催化劑，提供了這種催化劑的制備方法(ZL03114303.2)，該方法采用二元羧酸與氧化鋅在適量的反應介質中劇烈攪拌反應以獲得二元羧酸鋅，再將此二元羧酸鋅用強極性溶劑溶解后對無機基體進行插層反應，然后再用弱極性溶劑進行晶格修飾從而制得無機插層納米催化劑，該催化劑通過催化劑活性組分的良好分散進一步提高了催化效率。授權號為ZL00130811.4、名稱為二元羧酸鋅催化劑的制備方法的專利也提供了一種二元羧酸鋅催化劑的制備方法。

但這些方法中的二元羧酸鋅均是以普通的氧化鋅和二元羧酸為原料，在反應介質中通過非均相反應而得。非均相反應是反應物系包含兩個或更多個相的反應，非均相反應過程系由外部傳質、內部傳質和化學反應所組成的過程，在化學反應速度相對較快的情況下，體系內物質的傳遞會對整體的反應速率有著決定性的影響。上述氧化鋅和二元羧酸的非均相反應即屬此類，由于氧化鋅不溶于所采用的溶劑，所以反應速度受到氧化鋅分子擴散速度的控制，反應速度緩慢，甚至難以進行徹底。本發明中氧化鋅以納米的尺寸固載到無機物片層上，因此可使其與二元羧酸的反應時間大大縮短，并可直接得到負載于無機物片層結構上的分散程度良好的納米羧酸鋅粒子，使能夠成為活性中心的絡合鋅原子數大大增加，因而此催化劑具有很高的催化效率。并且，該催化劑的制備工藝步驟簡單，對反應設備和反應條件的要求不高，反應時間短，可以大大降低催化劑的生產成本。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的之一是提供一種無機物插層納米羧酸鋅催化劑。

本發明的目的之二在于提供這種無機物插層納米羧酸鋅催化劑的制備方法，采用該方法制備的催化劑可獲得較大的羧酸鋅的比表面積和更多的催化活性中心，催化劑的制備工藝簡單，催化效率高。

本發明的目的之三在于提供這種無機物插層納米羧酸鋅催化劑在催化二氧化碳與環氧化物共聚合成可降解脂肪族碳酸酯中的用途。

本發明所采用的無機基體為具有片層結構的蒙脫土、云母或蛭石，無機基體在使用之前先進行酸化處理，所采用的酸化試劑為H₂SO₄，酸化后的無機基體干燥后再進行高溫活化處理。

本發明提供了無機物插層納米羧酸鋅催化劑的制備新工藝：