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1-(2-氨乙基)-2-咪唑烷酮(AEI)是一种重要的精细化工原料,被广泛应用于医药、材料工程等领域,具有较高的经济价值。本文实验首次开发了以低负载量的载钌活性炭为催化剂,二氧化碳、乙二胺和乙醇胺为原料,在水溶剂中直接合成AEI的工艺路线。本研究为CO2的资源化利用及AEI的工业化合成提供了工艺路线和理论依据。本文实验以活性炭为载体,制备了一系列的钌基AEI合成催化剂,研究了改性方法、助剂及制备条件对催化剂性能的影响。研究结果表明:硝酸改性处理能增加活性炭表面酸性含氧基团的数量,有利于提高载体的亲水性,使得氯化钌溶液更容易与活性炭表面接触,进而能制备出高分散性、高催化活性的钌催化剂;浸渍后载体上剩余的酸性含氧基团因其强电负性会抑制催化剂活性,需要通过碱处理的方式去除这些基团。催化剂的最佳钌负载量为1%,催化剂上引入2%钡助剂有利于提高钌催化剂的催化性能。热力学分析结果表明,反应中存在的唯一副反应为第二步反应的并联反应,其副产物为1-(2-羟乙基)-2-咪唑烷酮(HEI)。在合成工艺方面,考察了溶剂种类、反应温度、CO2压力、反应时间等因素对乙二胺转化率、AEI收率及HEI收率的影响。研究结果表明,反应的选择性跟所选溶剂有关,而以水为溶剂有利于提高AEI的选择性;各因素对目标产物收率影响程度为反应温度>CO2压力>反应时间。通过响应曲面设计实验,优化AEI合成工艺,所得最优条件为在207℃,9.4 MPa,10.1 h,此条件下AEI的实际收率为83.1%,与响应曲面模型预测的84.9%相吻合。对反应动力学进行分步研究。实验结果表明:AEI合成的反应中第一步反应的活化能为14.99097 kJ/mol;指前因子为20.395。第二步反应的活化能为44.47522 kJ/mol;指前因子为10829.184。第二步反应的活化能大于第一步反应的活化能,因此第二步反应的反应程度决定了目标产物AEI的收率。