限域多位点离子液体催化CO2合成环状碳酸酯的研究

来源 :河南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuxing20090113
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CO2被认为是造成温室效应的主要原因,同时作为普遍存在的C1资源,把其转化为高值化学品是有效解决温室效应的重要举措。其中CO2与环氧化物合成环状碳酸酯是具有工业化应用前景的有效路线之一,能够实现原子100%利用。为了克服均相和非均相催化剂活性和易分离不能兼顾的难题,开发了宏观非均相微观均相调控的限域多位点离子液体催化剂。本论文主要研究内容和创新点如下:1.取代基调控多位点离子液体的合成。离子液体的结构对后续限域合成有着重要影响,为了得到高活性限域离子液体催化剂,设计合成不同咪唑取代基的多位点离子液体。通过调控取代基个数,设计取代基个数为三个、四个、六个的多位点离子液体。并且进行核磁、红外等表征,验证了离子液体的结构。对合成的多位点离子液体催化剂在等摩尔催化剂用量及等摩尔活性组分的条件下,筛选出最佳催化剂为取代基个数为六个的六丁基咪唑溴甲基苯(BIM-6),催化反应物转化率为93%。2.侧链调控多位点离子液体的合成。侧链长度对离子液体活性也有着重要的影响。通过对侧链长度进行调控,设计合成了一系列不同链长的多位点离子液体。随着链长增长,多位点离子液体活性先升高后降低,实现了侧链调控多位点离子液体活性变化。同时比较单位点离子液体与多位点离子液体催化活性,得出多位点离子液体活性优于单位点离子液体。且侧链为丁基的多位点离子液体具有最佳的转化率和选择性。该多位点离子液体在130°C、2.5 MPa、1 h、0.15 mol%催化剂用量的条件下,环氧丙烷(PO)转化率达95%。分子动力学模拟揭示了随着多位点离子液体侧链长度的增长,阴阳离子相互作用力先减弱后增强,表明催化剂攻击反应物开环能力先增强后减弱,该模拟与催化活性的实验结果是一致的。同时单位点离子液体与多位点离子液体键长与电荷分布阐明了多位点离子液体活性优于单位点离子液体的原因。3.基于制备的取代基和侧链长度兼优的多位点离子液体,采用原位限域调控多位点离子液体的合成。选取多位点离子液体BIM-6为模板剂,诱导正硅酸乙酯水解合成介孔二氧化硅(m Si O2)限域材料。通过调控离子液体和m Si O2不同结合程度,得到一系列不同比例限域材料。优选出最佳限域多位点离子液体为0.04BIM-6@m Si O2,PO转化率为94%,选择性为99%,同等条件下催化性能优于本体多位点离子液体(92%),循环5次催化PO转化率仍保持83%以上。研究表明0.04BIM-6@m Si O2具有最大的孔径和孔体积,有利于反应物和产物的自由进出。该研究实现了均相催化与非均相催化的结合。
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