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目前,资源短缺和环境污染日益严重。CO2是主要的温室气体,也是廉价、丰富的碳资源。将CO2转化为重要化学品的研究具有重要的理论和实际意义,是国内外普遍关注的课题。本文对CO2转化利用进行了综述,在CO2氧化合成N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和甲酸甲酯(MF)方面开展了一系列工作,具体研究内容和结果如下:
1、制备了多种Cu基催化剂,用不同手段对其进行了表征。研究了这些催化剂对CO2、H2、二甲胺合成DMF的催化性能。结果表明,Cu/ZnO和Cu/ZnO/Al2O3具有很高的催化活性和选择性,在反应中Cu和ZnO具有良好的协同作用。研究了反应温度、反应时间、压力、催化剂用量和催化剂的组成等对反应的影响规律和机理。在优化的条件下,DMF产率可达到97%。此工作为DMF的合成提供了新的思路。
2、首次采用商业Ru/C催化剂催化CO2、H2、二甲胺反应合成DMF,系统研究了反应温度、压力、时间、催化剂用量等条件对反应性质的影响。结果表明,DMF产率在150℃出现最大值;H2的压力对DMF产率影响很大,而CO2的压力对DMF产率影响较小。在优化条件下,DMF的产率可以达到91%。在反应过程中,在催化剂的作用下CO2与H2反应生成甲酸,甲酸进一步与二甲胺反应生成DMF。这一合成路线具有催化剂用量少等优点,具有潜在的应用前景。
3、针对CO2、H2、甲醇反应合成MF受热力学限制的问题,提出了将此反应与环氧丙烷(PO)水解合成1,2-丙二醇(PG)的反应耦合移动化学平衡的思路,并以RuCl3和Ru/C为催化剂对此反应进行了研究,考察了反应温度、压力、时间、催化剂和助催化剂的用量等对反应性质的影响。结果表明,两种催化剂对此耦合反应均具有良好的催化活性,PO水解反应有效地移动了合成MF反应的平衡,在优化的条件下可以得到较高的MF和PG产率。这为以CO2为原料合成重要化学品提供了新的路线。