[發明專利]一種用于CO2

有效

• 申請號: 202010944228.1
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112156799B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 李德寶;郭荷芹;陳從標;肖勇;賈麗濤;侯博
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/03;C07D317/38
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 李富元

本發明屬于多相催化領域，一種用于CO₂和環氧化物環加成反應的催化劑，為金屬氧化物和氮化碳的復合催化劑，其中金屬氧化物和氮化碳的質量比為100:5～3。本發明還涉及該催化劑的制備方法和應用。本發明催化劑制備過程綠色、易于放大制備，同時反應過程不使用溶劑和助催化劑，不存在催化劑和產物分離問題，尤其重要的是本發明催化劑具有較高的環狀碳酸酯收率和較好的反應穩定性。

技術領域

本發明屬于多相催化領域，涉及一種用于環氧化物和CO₂進行環加成反應生成環狀碳酸酯的金屬氧化物和氮化碳的復合催化劑及其制備方法和應用。

技術背景

二氧化碳（CO₂）是引起全球變暖的最主要的溫室氣體，全球年排放量已達數百億噸，對其回收、固定以及資源化利用，已成為世界各國密切關注的問題。從資源化角度出發，CO₂是世界上最為豐富和廉價的碳一(C1)資源，因此，大力發展CO₂綠色化利用技術，開發綠色、高新的精細化工產業鏈，提高產品的附加值，具有重要的經濟和環境意義。

環狀碳酸酯是一種重要有機化工產品和性能優良的高沸點極性溶劑，主要用于合成碳酸二甲酯、β-羥基胺及其衍生物、碳酸亞乙烯酯、乙二醇、苯酚酯及其衍生物等。以環氧化物和 CO₂為原料通過環加成反應制備環狀碳酸酯是一條環境友好且原子經濟的工藝路線（Gas. Sci. Technol., 2011, 1: 142-159）。目前應用于環氧化物環加成反應的催化劑有均相催化劑和多相催化劑。均相催化劑有離子液體、季銨鹽、季磷鹽、膦鹵化物、金屬卟啉化合物等（Catal. Sci.Technol, 2014, 4, 1513; Curr. Org. Chem. 2015, 19, 681;J. Catal. 2016, 37, 826）。均相催化劑雖然具有較好的催化性能，但存在催化劑和產品分離問題。多相催化劑有負載型有機堿催化劑、負載型離子液體催化劑、高分子催化劑、金屬氧化物催化劑、分子篩及其粘土類催化劑等。負載型有機堿催化劑、負載型離子液體催化劑及高分子催化劑反應性能較好，但反應過程中活性組分的流失導致催化劑穩定性較差，且該類催化劑制備過程需要用到大量有機溶劑，對環境危害較大。金屬氧化物、分子篩及其粘土類催化劑制備過程簡單，且具有較好的穩定性，但該類催化劑上環狀碳酸酯的收率較低。因此，尋求一種活性和穩定性均較好、且制備工藝簡單的環加成催化劑對于環狀碳酸酯的合成非常重要。

發明內容

本發明目的是：提供一種具有高活性的金屬氧化物和氮化碳的復合催化劑，應用于環氧化物和CO₂的環加成反應，解決目前非均相催化劑存在的活性低、穩定性差的問題。

本發明所采用的技術方案是：一種用于CO₂和環氧化物環加成反應的催化劑，為金屬氧化物和氮化碳的復合催化劑，其中金屬氧化物和氮化碳的質量比為100:5、100:17.0、100:11.8、100:12.5、100:8.9、100:13.4、100:8.5、100:25.3中之一。

金屬氧化物由二價金屬氧化物MO、三價金屬氧化物L₂O₃和四價金屬氧化物ZO₂組成，其中M²⁺/（L³⁺+Z⁴⁺）的摩爾比為2～5，Z⁴⁺/L³⁺的摩爾比為0～0.5。

二價金屬氧化物MO可以為氧化鎂、氧化鋅、氧化銅、氧化鋇、氧化鈣、氧化鍶、氧化鎳、氧化錳及中的一種或幾種，三價金屬氧化物L₂O₃為氧化鐵、氧化鋁、氧化鈷、氧化銦、氧化鎵、氧化鑭、氧化釔中的一種或幾種，四價金屬氧化物ZO₂可以為氧化鋯、氧化鈦、氧化鈰中的一種或幾種。

氮化碳可以由尿素、三聚氰胺、單氰胺、雙氰胺等通過熱縮聚方式得到。