复合离子液体中CO2电化学还原合成碳酸二甲酯的研究

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随着全球经济和工业化的快速发展,化石燃料的大量使用使大气中的CO2日益增加,并已成为温室气体的最主要成份。为有效缓解“温室效应”、降低大气中CO2的含量,除了实施节能减排外,如何将廉价易得且储量丰富的C1资源进行回收转化,实现资源化利用已成为科技工作者关注的重点。由于CO2自身的热力学性质十分稳定,将其活化通常需要较为苛刻的反应条件,国内外研究者利用催化等技术对CO2有机资源化进行过大量研究,但工业化进程缓慢。近年来,随着电化学清洁合成技术和离子液体制备技术的快速发展,如何利用电化学技术在温和条件下实现CO2有机资源化成为研究的热点之一。本文对离子液体中电化学还原活化CO2并和甲醇合成DMC进行了探索性研究。目的是在温和的反应条件下,以CO2和甲醇为原料,通过筛选出合适的离子液体和电化学反应条件,采用清洁生产的技术,合成得到用途广泛的绿色化学品碳酸二甲酯(DMC)。旨在为实现CO2的资源化开发利用作出一点贡献。论文对选取的几种离子液体进行了表征和性能检测,并通过复配,制备了性能较好的复合离子液体([bmim]BF4/[bmim]PF6),对CO2在不同离子液体中的电化学还原行为进行了初步研究,考察了扫描速率、反应温度等对电化学还原过程的影响,结果表明无论在单一离子液体中还是在复合离子液体中CO2的还原都是受扩散控制的不可逆过程。论文在优化反应条件的基础上,采用恒电位技术,以CO2和甲醇为原料,在复合离子液体中合成了 DMC,对产物进行了表征,对离子液体的重复利用进行了初步研究,得到了预期的结果。主要研究内容如下:1.温和条件下,运用循环伏安法,在单一离子液体([emim]BF4、[bmim]BF4、[hmim]BF4、[omim]BF4 和[bmim]PF6)和复合离子液体([bmim]BF4/[bmim]PF6)中对CO2的电化学还原行为进行研究,并对扫描速率和温度等影响因素进行考察,结果表明无论在单一离子液体中还是在复合离子液体中CO2的还原都是受扩散控制的不可逆过程。2.温和条件下,在自制单室型电解池中,对CO2进行恒电位电解制备DMC。研究讨论了工作电位、温度和不同体积比复合的离子液体对DMC产率的影响。由实验结果得复合离子液体[bmim]BF4/[bmim]PF6体积比为5/1,电解电位为-1.6V,温度为55℃时,该反应所得的目标产物DMC产率可达82.1%。结合现有文献报道,对反应机理做了初步推测。
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