一种氨基功能化离子液体基吸附‑催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氨基功能化离子液体基吸附‑催化剂，是以介孔分子筛SBA‑16为载体，以氨基功能化离子液体1‑(3‑氨丙基)‑3‑[3‑(三乙氧硅烷基)丙基]‑4,5‑双氢咪唑氯化物为活性组分，将氨基功能化离子液体接枝在所述载体上构成，其中，每1g所述吸附‑催化剂中负载有1～10mmol氨基功能化离子液体。本发明专利技术吸附‑催化剂集吸附捕获与催化转化功能于一身，能够实现CO2的同步吸附和转化，降低CUU技术成本。

【技术实现步骤摘要】
一种氨基功能化离子液体基吸附-催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种CO2吸附-催化剂，特别是涉及一种基于离子液体活性组分的，集捕获与催化功能于一身的高效CO2吸附-催化剂，以及该吸附-催化剂的制备方法。
技术介绍
全球气候变暖已成为备受关注的环境问题，以CO2为主的温室气体大量排放，是导致温室效应加剧的主要原因。从资源化角度讲，CO2又是C1家族中最为廉价和丰富的碳资源，无论从资源利用还是环境保护的角度考虑，有关CO2固定和化学转化的研究与开发都具有重要意义。因此，CO2捕集与利用(CCU)技术成为当前亟待发展的热点技术。CO2惰性很大，不易被活化，实现其化学固定和转化非常困难，因而吸附剂和催化剂的性能问题进一步制约了CCU技术的应用和发展。如若设计一种集捕获和催化功能于一体的吸附-催化剂，将CO2高效捕集后原位转化为附加值更高的产品，则可以简化技术路线、降低成本，促进CCU技术的发展。离子液体是完全由阴、阳离子构成，在低于100℃温度范围内呈液态的有机盐。离子液体具有蒸汽压低、不易燃烧、热稳定性高、溶解能力强、结构和性质可调节等独特性质。这些特性使得离子液体成为替代传统有机胺溶剂捕集固定CO2的新型理想溶剂。此外，独特的催化性能也使得离子液体在温和条件下即对多种CO2转化反应表现出优异的催化活性和选择性。因此，设计特定结构的离子液体作为活性组分，将有望实现CO2捕集和转化一体化。然而，离子液体又存在着粘度大、成本高等缺点，严重制约了其的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种集捕集和催化功能于一体的氨基功能化离子液体基吸附-催化剂，以及该吸附-催化剂的制备方法，以实现CO2的同步吸附和转化，降低CUU技术成本。本专利技术所述氨基功能化离子液体基吸附-催化剂是以介孔分子筛SBA-16为载体，以氨基功能化离子液体1-(3-氨丙基)-3-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑氯化物为活性组分，将氨基功能化离子液体接枝在所述载体上构成的，其中，每1g所述吸附-催化剂中负载有1～10mmol氨基功能化离子液体。本专利技术进而提供了一种制备所述氨基功能化离子液体基吸附-催化剂的方法，是在氮气保护下的无水乙腈溶剂体系中，先由N-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑与3-氯丙胺盐酸盐加热回流反应得到氨基功能化离子液体，再由氨基功能化离子液体与纯硅介孔分子筛SBA-16进行加热回流反应，将反应得到的固体分散于无水乙醇中，调节pH值至弱碱性，得到所述氨基功能化离子液体基吸附-催化剂。本专利技术上述制备方法中，所述N-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑与3-氯丙胺盐酸盐的摩尔用量比优选为1∶1～2。进一步地，所述N-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑与3-氯丙胺盐酸盐的反应时间为24～72小时，反应产物除去乙腈后以无水乙醇洗涤、干燥，即可得到氨基功能化离子液体。所述纯硅介孔分子筛SBA-16与氨基功能化离子液体的反应时间优选为24～72小时。更具体地，本专利技术是将氨基功能化离子液体与纯硅介孔分子筛SBA-16反应后的反应物过滤、洗涤、干燥后，以二氯甲烷为溶剂索提48小时，再均匀分散于无水乙醇中，以0.25mol/L的KHCO3溶液调节pH值至8左右，经过滤、洗涤、干燥后得到氨基功能化离子液体基吸附-催化剂浅黄色固体。本专利技术制备的氨基功能化离子液体基吸附-催化剂可应用于吸附捕获并催化转化CO2。利用本专利技术氨基功能化离子液体基吸附-催化剂捕集与转化CO2的具体方法是：在25～75℃的吸附温度下，以所述氨基功能化离子液体基吸附-催化剂吸附捕获CO2，再于反应压力2Mpa、温度50～120℃下与环氧化合物进行环加成反应，合成环状碳酸酯。一般地，所述环加成反应的反应时间为3～40小时。优选地，本专利技术所述环氧化合物为环氧氯丙烷，合成的环状碳酸酯为4-氯甲基-[1,3]二氧环戊-2-酮。本专利技术采用化学键合的方法，将氨基功能化离子液体活性组分接枝到具有较大比表面积和孔容的三维介孔二氧化硅分子筛SBA-16载体上，制备得到了一种集吸附捕获与催化转化功能于一身的，容量大、活性高及循环利用率好的高效CO2非均相吸附-催化剂，实现了CO2的高容量、低能耗捕集和环状碳酸酯的高效转化，为CO2的固定转化特别是烟道气中CO2的工业利用提供了有效的方法。将离子液体固载于比表面积大的多孔载体上，可以显著减少离子液体用量，降低CO2传质阻力，且易于分离和重复使用，因而能够显著提高吸附催化效率和循环使用率。SBA-16作为介孔分子筛的一员，与直孔道的MCM-41、SBA-15相比，其三维立方孔空穴结构不易堵塞且有更好的传输性能，更具有优越性，在吸附、分离、催化等领域拥有更高的应用潜力，可以作为固载离子液体的优良载体。本专利技术制备的吸附-催化剂集中了离子液体的良好捕集性能和优异催化转化性能，同时由于具有离子液体和多孔载体对酸性气体吸附的协同作用，对典型烟道气温度范围内的CO2具有较好的吸附性能，对环氧化合物与CO2之间的环加成反应也具有转化率高、选择性好、可循环利用等优点。本专利技术制备的吸附-催化剂在常压、烟道气温度下即可高效吸附CO2，并在一定温度、压力下将CO2转化为环状碳酸酯，表现出活性高、选择性好、反应条件温和、易于分离、可循环利用等优点，能够实现CO2的同步吸附和转化，降低CUU技术成本。具体实施方式实施例1称取0.274g(1mmol)N-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑，0.156g(1.2mmol)3-氯丙胺盐酸盐，加入到5mL无水乙腈中，通氮气保护，搅拌下加热至80℃回流反应24小时。反应结束后，旋蒸除去溶剂乙腈，以无水乙醇洗涤得到的产物，室温真空干燥，得到氨基功能化离子液体0.4g。称取1g纯硅介孔分子筛SBA-16，与上述制备得到的氨基功能化离子液体一起分散于50mL无水乙腈中，通氮气保护，搅拌下加热至80℃回流反应24小时。反应结束后过滤得到固体产物，以无水乙醇洗涤、干燥后，加入索氏提取器中，以二氯甲烷抽提48小时，真空干燥，均匀分散于30mL无水乙醇中，滴加0.25mol/LKHCO3溶液，调节分散液的pH值到8左右，过滤、以水、无水乙醇洗涤、真空干燥，得到氨基功能化离子液体基吸附-催化剂浅黄色固体1.3g，标记为SBA-16@IL-1。实施例2称取0.822g(3mmol)N-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑，0.546g(4.2mmol)3-氯丙胺盐酸盐，加入到15mL无水乙腈中，通氮气保护，搅拌下加热至80℃回流反应36小时。反应结束后，旋蒸除去溶剂乙腈，以无水乙醇洗涤得到的产物，室温真空干燥，得到氨基功能化离子液体1.2g。称取1g纯硅介孔分子筛SBA-16，与上述制备得到的氨基功能化离子液体一起分散于50mL无水乙腈中，通氮气保护，搅拌下加热至80℃回流反应48小时。反应结束后过滤得到固体产物，以无水乙醇洗涤、干燥后，加入索氏提取器中，以二氯甲烷抽提48小时，真空干燥，均匀分散于30mL无水乙醇中，滴加0.25mol/LKHCO3溶液，调节分散液的pH值到8左右，过滤、以水、无水乙醇洗涤、真空干燥，得到氨基功能化离子液体基吸附-催化剂浅黄色固体2.0g，标记为S本文档来自技高网...

【技术保护点】
氨基功能化离子液体基吸附‑催化剂，是以介孔分子筛SBA‑16为载体，以氨基功能化离子液体1‑(3‑氨丙基)‑3‑[3‑(三乙氧硅烷基)丙基]‑4,5‑双氢咪唑氯化物为活性组分，将氨基功能化离子液体接枝在所述载体上构成的，其中，每1g所述吸附‑催化剂中负载有1～10mmol氨基功能化离子液体。

【技术特征摘要】
1.氨基功能化离子液体基吸附-催化剂，是以介孔分子筛SBA-16为载体，以氨基功能化离子液体1-(3-氨丙基)-3-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑氯化物为活性组分，将氨基功能化离子液体接枝在所述载体上构成的，其中，每1g所述吸附-催化剂中负载有1～10mmol氨基功能化离子液体。2.权利要求1所述氨基功能化离子液体基吸附-催化剂的制备方法，是在氮气保护下的无水乙腈溶剂体系中，先由N-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑与3-氯丙胺盐酸盐加热回流反应得到氨基功能化离子液体，再由氨基功能化离子液体与纯硅介孔分子筛SBA-16进行加热回流反应，将反应得到的固体分散于无水乙醇中，调节pH值至弱碱性，得到所述氨基功能化离子液体基吸附-催化剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述N-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑与3-氯丙胺盐酸盐的摩尔用量...

【专利技术属性】
技术研发人员：史利娟，成晶晶，陈复煜，卢建军，李庆朝，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14