[發明專利]在溫和條件下將CO2轉化為環狀碳酸酯的催化劑及方法

有效

• 申請號: 201611096153.6
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106732770B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 史利娟;許少勃;盧建軍;李慶朝;劉婷婷
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02;C07D317/36
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;武建云

本發明以氨基功能化離子液體（Mim?NH₂）為活性組分，以四丁基溴化銨（TBAB）為助催劑，將兩者按一定的摩爾比例混合制成一種高活性的二元體系催化劑，能在常壓、低溫、無金屬、無溶劑的條件下將CO₂高效催化轉化為環狀碳酸酯，大大降低了反應過程中的能耗，為CO₂的變廢為寶及其工業實踐提供了可能。

技術領域

本發明涉及CO₂轉化催化領域，具體為一種在溫和條件下將CO₂轉化為環狀碳酸酯的催化劑及方法。

背景技術

全球氣候變暖已成為備受關注的環境問題，以CO₂為主的溫室氣體的大量排放是導致溫室效應加劇的主要原因。因此，如何高效快捷、綠色、節能地處理CO₂問題成為科學界研究的熱點。而從資源化角度講，CO₂被認為是一種無毒的、經濟的和豐富的C₁原料。無論從資源利用還是從環境保護的角度考慮，有關CO₂固定和化學轉化的研究與開發都具有重要意義。但是，由于CO₂具有較高的熱力學穩定性和動力學惰性，實現其化學轉化往往需要高溫高壓等苛刻條件，從而制約了以CO₂為原料制備化學品的工業化進程。

在溫和條件下將CO₂轉化為高附加值的化學產品符合可持續發展和綠色化學的要求，因此具有非常好的發展前景。CO₂與環氧化物反應制備環狀碳酸酯是CO₂資源化利用的有效途徑之一。該反應具有原料價格低廉、原子利用率高、副產物少等優點，符合綠色化學的觀點。合成的環狀碳酸酯不僅是一種性能優良的有機溶劑，而且是重要的工業原料，被廣泛應用于藥物和精細化學品合成、紡織、印染以及電化學等領域。

離子液體是完全由陰、陽離子構成，在低于100℃溫度范圍內呈液態的有機鹽。離子液體具有蒸汽壓極低、不易燃燒、熱穩定性高、溶解能力強、結構和性質可調節、催化性能優異等獨特性質。這些特性使得離子液體對多種CO₂轉化反應表現出優異的催化活性和選擇性。因此，設計特定結構的離子液體作為活性組分，將有望實現CO₂的高效轉化。

然而，離子液體催化CO₂與環氧化合物加成反應，通常需要在較高的壓力和溫度（反應溫度≥120℃，反應壓力≥2MPa）下才能實現高的活性和選擇性，反應過程需要較高的能耗，增加工業成本。

發明內容

本發明的目的在于利用氨基功能化離子液體和四丁基溴化銨的協同效應，實現在低溫低壓等溫和條件下將CO₂高效催化轉化成環狀碳酸酯。

本發明是采用如下技術方案實現的：

一種在溫和條件下將CO₂轉化為環狀碳酸酯的催化劑，由氨基功能化離子液體和四丁基溴化銨（TBAB）進行物理混合，以此二元組份混合物作為催化劑；所述氨基功能化離子液體為1-(3-氨丙基)-3-甲基咪唑氯化物（Mim-NH₂）。

其中，加入助催劑，助催劑和活性組分之間可發生協同作用，則有望顯著提高催化活性，從而降低能耗。四丁基溴化銨對環氧化合物具有較高的活化作用，可在CO₂和環氧化合物的環加成反應中起到助催化作用。

所述氨基功能化離子液體和四丁基溴化銨的摩爾比為1:0.5~2。

上述的二元體系催化劑的結構式為：

上述催化劑的制備方法如下：