利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′‑二烷基脲及其衍生物的方法，在催化剂存在的条件下，有机胺和CO2合成得到N,N′‑二烷基脲及其衍生物。本发明专利技术的目的是提供一种燃煤电厂烟气二氧化碳直接资源化利用制备N,N′‑二烷基脲的方法。

Direct synthesis of N, N '- two alkylureas and their derivatives by visible light photocatalytic CO2 process

The invention discloses a method for direct synthesis of N, N 'two alkyl urea and its derivatives by using visible light catalytic CO2 one step method. In the presence of catalyst, organic amines and CO2 are synthesized to obtain N, N' alkyl urea alkylurea and its derivatives. The aim of the invention is to provide a method for preparing N, N '- two alkyl urea by direct utilization of flue gas carbon dioxide in coal-fired power plants.

【技术实现步骤摘要】
利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法
本专利技术涉及环保
，具体地说，涉及一种利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法。
技术介绍
燃煤电厂烟气二氧化碳的排放已成为我国目前做大的二氧化碳排放源。为履行我国碳减排的承诺和责任，现已报道通用方法是对其进行碳捕集后处理。CO2捕集主要分为燃烧后捕集、燃烧前捕集以及富氧燃烧捕集三大类，捕集能耗和成本过高是面临的共性问题。其中，燃烧后捕集技术相对成熟，尤其是基于胺类化学吸收法应用广泛。当前，制约该技术商业化应用的主要因素是能耗和成本较高，尤其是后续CO2解吸、压缩分离与运输成本是阻碍其工业化进程的拦路虎。因此如果能直接资源化利用燃煤电厂烟气中二氧化碳，则不但可以有效避免捕集后的解吸、压缩与运输等高能耗过程，而且还可以“一箭双雕”地实现低能耗碳减排和绿色资源化利用，具有非常重要与可观的经济与社会效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种燃煤电厂烟气二氧化碳直接资源化利用制备N,N′-二烷基脲的方法。本专利技术的技术方案为：一种利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法，在催化剂存在的条件下，有机胺和CO2合成得到N,N′-二烷基脲及其衍生物。其涉及的反应路线具体如下：该方法原则上适用于任何脂肪烷基伯胺，催化剂为任何具有可见光响应的光催化材料。在上述的利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法中，所述的有机胺为脂环胺、芳香胺、萘系胺中的一种或多种。任何脂肪烷基伯胺均可以用于本专利技术。例如苯胺、正丙胺、正丁胺、三乙胺、正丁胺、环己胺、环戊胺、1,4-丁二胺，1，6-己二胺、正戊胺、环丙胺、正己胺、环丁胺、正庚胺、对甲基苯胺、二苯胺、异丙胺、异丁胺、2,2,4-三甲基环己二胺、十二胺、吗啉、N-甲基苯胺、二苯胺、三氟甲基苯胺、1-萘胺等。本专利技术中使用有机胺优选正丁胺、正丙胺、正戊胺、苯胺。所用催化剂为任何具有可见光响应的光催化材料。包括所有的有机与无机半导体材料，及其改性半导体材料，例如ZnS、CdS、GaP、SiC、K7[PTi2W10O40]6H2O、CdxZn1+xS、BaCrO4、SrCrO4、BiSbO4、In1-xMxTaO4(M＝Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)、Ce2Ti2O7、Sm2Ti2O7、Nd2Zr2O7、Sm2Zr2O7、Gd2Ti2O7、TiO2、NaTaO3、ZnFe2O4、BaCr2O4、ZnY2O4、MgAl2O4、SrIn2O4、LaFeO3、LaNiO3、LaMnO3、La0.8Sr0.2COO3、LaMn0.5Cu0.5O3、CdSe、CdS、CdO、Fe2O3、MoO3、Cu2O、MoS2、LaTiO2N、PbBi2Nb2O9、CaBi2O4、ZnIn2S4、CdS/TiO2、SnO2/TiO2、TiBi2O6、WO3/TiO2、Pt/TiO2、铼配合物催化剂(如2,2′-联吡啶三羰基铼氯(溴化物)、钴-四氮杂环化合物、镍-卡宾配合物、劳氏紫、金属卟啉化合物等表面光敏化剂修饰TiO2、贵金属负载改性的TiO2(Pt/TiO2、Ru/TiO2)、LaFeO3、LaNiO3、LaMnO3、La0.8Sr0.2COO3、LaMn0.5Cu0.5O3，以及使用任何上述及上述类似结构的基于或接枝或包裹到有机或无机载体上的有机-无机杂化催化剂。其中：有机载体：功能离子液体介孔材料、离子交换树脂(Amberlite和Dowex型)和空间改良或结构优化的聚合物载体无机载体：碳纳米管、石墨烯、AlPO4(磷酸铝分子筛及Berlinite结构)、Al2O3(氧化铝)、SiO2(氧化硅、沸石)、不同比例与结构的Si-Al分子筛或类似物。所用溶剂的种类原则上包括除水以外的所用溶剂，包括二甲亚砜(DMSO)、环丁砜(TMS)、碳酸丙烯酯(PC)、二甲基甲酰胺(DMF)、六甲基磷酰三胺(HMPA)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二乙二醇二甲醚(DME)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)、甲基叔丁基醚(MTBE)、异丙基醚(DIPE)、甲基叔丁基醚(MTBE)、二甲亚砜(DMSO)、苯甲醚、四氢呋喃(THF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、二乙二醇二甲醚(DME)、二氯甲烷(DCM)、二氧六环(Diox)、异丙基醚(DIPE)、吡啶(Py)、乙腈(CAN)、甲基叔丁基醚(MTBE)、丙酮(DMK)、异丙基醚(DIPE)、乙酸乙酯(EA)、乙醇(EtOH)、甲醇(MeOH)、正丁醇、正戊醇、环已酮、苯甲醇、醋酸异丁酯、正丙醇、具有Lewis碱性功能团或碱性功能团,也可以分别具有L碱性及B碱性的各类功能团离子液体(IL)等。本专利技术中所用溶剂优选N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲亚砜(DMSO)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二乙二醇二甲醚(DME)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)、甲基叔丁基醚(MTBE)、二氧六环(Diox)、具有Lewis碱性功能团或碱性功能团,也可以分别具有L碱性及B碱性的各类功能团离子液体(IL)在上述的利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法中，原料有机胺的浓度范围在20～90wt％,优选30～70％；所述的催化剂相当于有机胺的摩尔量的0.01～4.00％；优选0.05～2.0％。在上述的利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法中，所述的催化剂相当于有机胺的摩尔量的0.01～4.00％；所述的有机胺和溶剂的重量比为1-10:30。在上述的利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法中，所述的反应温度为常温至120℃；优选40～80℃，催化光先为可见光；反应时间为4-72h；优选12～24h。在上述的利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法中，所述的反应压力0.1-8Mpa，优选1.0～7.5MPa；CO2来源于燃烧尾气。本专利技术的有益效果如下：本专利技术结合胺类化学吸收捕集燃煤电厂烟气二氧化碳法，利用先进的光催化技术，集成原位吸收-转化燃煤电厂烟气二氧化碳到N,N′-二烷基脲及其衍生物，实现燃煤电厂烟气二氧化碳直接资源化利用。具体实施方式下面结合具体实施方式，对本专利技术的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本专利技术的任何限制。实施例1：利用燃煤电厂烟气二氧化碳直接资源化制备N,N′-二丁基脲的生产方法：取10ml(约0.10mol)正丁胺,30mlN-甲基吡咯烷酮溶剂，放入100ml带有氙灯光源、空压机与磁力搅拌的蓝宝石材质高压反应釜，然后加1.5gBaCeO3催化剂，常温下，充入1.5MPa的华润海丰碳捕集平台的燃煤电厂烟气，密封反应釜，开启空压机，加压至7.5MPa,同时打开氙灯光源，升温至40℃，恒温反应12h。冷却，泄气至常压常温，取出淡黄色反应液，过滤催化剂，然后旋蒸反应后所得液体，并将旋蒸减压浓缩液进行气相色谱-质谱分析，测得燃煤电厂烟气CO2的捕集-原位催化转化率为80％产物组成、选择性及收率如表1：表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′‑二烷基脲及其衍生物的方法，其特征在于，在催化剂存在的条件下，有机胺和CO2合成得到N,N′‑二烷基脲及其衍生物。

【技术特征摘要】
1.一种利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法，其特征在于，在催化剂存在的条件下，有机胺和CO2合成得到N,N′-二烷基脲及其衍生物。2.根据权利要求1所述的利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法，其特征在于，所述的有机胺为脂环胺、芳香胺、萘系胺中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法，其特征在于，所述的脂环胺正丙胺、正丁胺、异丁胺、正戊胺、正己胺、1,6-己二胺、1,4-丁二胺等脂肪胺，环丁胺、环戊胺、吗啡、吗啉中的一种或多种；所述的芳香胺为苯胺、对甲基苯胺、二苯胺、三氟甲基苯胺的一种或多种；所述的萘系胺为1-萘胺、2-萘胺、β-萘胺中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法，其特征在于，所述的催化剂为具有可见光响应的无机或有机半导体材料或改性半导体材料。5.根据权利要求4所述的利用可见光催化CO2一步法直接合成N,N′-二烷基脲及其衍生物的方法，其特征在于，所述的无机半导体材料为CdSe、CdS、CdO、Fe2O3、MoO3、Cu2O、WO3、TiO2、V2O5、ZnO、TaO3、ZrO2、Ir3O4、Co3O4、SnO2、PdO、BiPO4、MoS2、IrO2或PtO2构成的p-n异质结新型光催化剂或欧姆接触复合半导体；钙钛矿或类钙钛矿结构的ABO3结构复合物；所述的有机半导体材料为萘二酰亚胺、苝二酰亚胺、并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物或花菁小分子型有机半导体材料、聚乙炔型、聚苯、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯等聚芳环型、共聚物型高分子型有机半导体材料；所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙大雷，李成超，陈泉，方岩雄，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44