一种利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于有机化工技术领域，具体涉及一种利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂及其制备方法；所述的制备方法包括，(1)将天然凹凸棒矿石粉碎筛选，去除杂质，得到凹凸棒粉末；(2)将凹凸棒粉末分散到第一溶剂中，加入改性剂，搅拌反应，经处理得到固体粉末；(3)将固体粉末分散到第二溶剂中，加入有机配体和金属盐，搅拌使其完全溶解，接着静置，得到预产物；(4)将预产物置于室温或高温烘箱中使其充分反应，接着将产物离心、洗涤、干燥处理后即得所述的催化剂；所述金属盐为稀土盐和/或过渡金属盐；本发明专利技术制备得到的催化剂具有原料易得、成本低廉，制备工艺简单、结构稳定、催化效率高和催化剂易分离可循环利用特点。

An efficient nano-composite catalyst for conversion of carbon dioxide into cyclocarbonate and its preparation method

The invention belongs to the technical field of organic chemical industry, in particular to an efficient nano-composite catalyst for converting CO2 into cyclocarbonate and its preparation method. The preparation methods include: (1) crushing and screening natural attapulgite ore, removing impurities, and obtaining attapulgite powder; (2) dispersing attapulgite powder into the first solvent, adding modifier, stirring reaction, and processing to obtain attapulgite powder. Solid powder; (3) Disperse the solid powder into the second solvent, add organic ligands and metal salts, stir it to dissolve completely, and then sit down to obtain the pre-product; (4) place the pre-product in a room temperature or high temperature oven to react fully, and then centrifuge, wash and dry the product to obtain the catalyst; the metal salt is rare earth salt and/or transition metal salt; The catalyst prepared by the invention has the advantages of easy availability of raw materials, low cost, simple preparation process, stable structure, high catalytic efficiency and easy separation and recycling of the catalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂及其制备方法
本专利技术属于有机化工
，具体涉及一种利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂及其制备方法。
技术介绍
化石燃料的燃烧是非自然二氧化碳排放的主要来源，研究表明人类所需能量的85％来源于煤、石油和天然气，只有15％来源于核能、太阳能、风能和生物能。然而化石燃料是不可再生的，尽管煤的储量还可以用200年，但随着世界工业的发展，其需求量将在未来的10-40年将到达峰值。目前的油气储量并不能满足人类的需求,因此迫切地需要一种基于可再生能源的全新技术，一方面可以减少大气中CO2的含量，另一方面可以提供再生能源。CO2作为可再生能源有着巨大的优势：储量丰富并且无毒。但由于现今CO2的化学固定技术成本高、效率差等缺点，从而限制了这一技术的商业化。有机碳酸酯是固定CO2减少碳排放的产物之一，分成环碳酸酯、非环状碳酸酯和聚碳酸酯。由于环碳酸酯具有良好的生物降解性，是一种性能优良的化工原料，被广泛用作精细化工中间体、惰性非质子性极性溶剂、生物医药前体、酚醛树脂生产、热固性树脂合成、金属萃取剂、化妆品添加剂以及聚碳酸酯的原料。目前，已有很多文献报道关于CO2转化为环碳酸酯的催化剂，主要有无机金属催化剂、金属氧化物、功能性聚合物、有机季铵盐、季膦盐催化剂、有机催化剂、有机金属配合物(例如Salen配合物)，金属有机框架(MOF)、有机框架材料(COF)和离子液体催化剂等。主要集中在有机金属配合物催化剂这个方向，但是这些催化剂大多制造成本高，稳定性差对空气和水比较敏感，催化剂难回收和分离，有二次污染，不利于工业化。因此，合理设计开发一种高效环保、制备工艺简单、成本低廉和选择性高的催化剂是很有必要的。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂的制备方法，解决现有催化剂制备成本高，稳定性差，难以回收等问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术提供了一种利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将天然凹凸棒矿石粉碎筛选，去除杂质，得到凹凸棒粉末；(2)将所述凹凸棒粉末分散到第一溶剂中，加入改性剂，搅拌反应，接着离心、洗涤、干燥处理，得到固体粉末；(3)将所述固体粉末分散到第二溶剂中，加入有机配体和金属盐，搅拌使其完全溶解，接着静置，得到预产物；(4)将所述预产物置于室温或高温烘箱中使其充分反应，接着将产物离心、洗涤、干燥处理后即得所述的高效纳米复合催化剂；所述金属盐为稀土盐和/或过渡金属盐。在进一步的技术方案中，所述金属盐为稀土盐和过渡金属盐的混合物，且，所述稀土盐和过渡金属盐的重量比为0.01：1000～1000：0.01。在进一步的技术方案中，步骤(2)中，所述第一溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、DMF、丙酮和水中的至少一种。在进一步的技术方案中，步骤(2)中，所述改性剂为HCl、(NaPO3)6、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、NaBF4和NaPF6中的至少一种。在进一步的技术方案中，步骤(2)中，所述搅拌反应的条件包括：机械搅拌速率10～10000r/min；反应时间为0.5～100h；和/或，在搅拌反应的同时进行加以超声分散，所述超声分散的功率为100W。在进一步的技术方案中，步骤(2)中，所述干燥处理的条件包括：干燥处理的温度为-70～200℃。在进一步的技术方案中，步骤(3)中，所述第二溶剂选自二氧六环、甲醇、乙醇、乙腈、DMF、丙酮和水中的至少一种。在进一步的技术方案中，步骤(3)中，所述的有机配体为苯二甲酸、均苯三甲酸、2-甲基咪唑、2-氨基对苯二甲酸和咪唑中的至少一种。在进一步的技术方案中，步骤(4)中，所述充分反应的条件包括：恒温温度25～200℃，恒温时间25～360h。本专利技术还提供了一种采用上述制备方法制备得到的利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术提供的利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂的制备方法，制备得到的催化剂具有原料易得、成本低廉，制备工艺简单、结构稳定、催化效率高和催化剂易分离可循环利用等特点；2、本专利技术提供的利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂的制备方法，制备得到的催化剂在具体的催化反应过程中，具有不使用溶剂，催化剂对空气和水不敏感，底物使用范围广等优点；3、本专利技术提供的利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂的制备方法，催化剂在催化该类反应时具有较高的催化效率，在120℃，1h，1MPa的条件下，多环氧化合物转化率高达95％以上，具有潜在的工业应用价值；4、本专利技术提供的利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂的制备方法，制备得到的催化剂结合了凹凸棒粉末具有独特的孔道结构、耐高温、抗盐碱和比表面积大等良好的特性，同时利用MOF的孔道选择性，在催化CO2合成环碳酸酯中可以很好的选择吸附CO2，提高CO2与催化剂活性中心的接触，从而提高催化效率。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的高效纳米复合催化剂催化前后的红外光谱图；图2为本专利技术实施例1提供的高效纳米复合催化剂催化前后的XRD粉末衍射图；图3为本专利技术实施例1提供的高效纳米复合催化剂的X射线光电子能谱全谱(XPS)图；图4为应用例1中环氧苯乙烯与CO2反应产物的1HNMR定量分析图；图5为应用例5中环氧氯丙烷与CO2反应产物的1HNMR定量分析图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术。本专利技术提供了一种利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将天然凹凸棒矿石粉碎筛选，去除杂质，得到凹凸棒粉末；(2)将所述凹凸棒粉末分散到第一溶剂中，加入改性剂，搅拌反应，接着离心、洗涤、干燥处理，得到固体粉末；(3)将所述固体粉末分散到第二溶剂中，加入有机配体和金属盐，搅拌使其完全溶解，接着静置，得到预产物；(4)将所述预产物置于室温或高温烘箱中使其充分反应，接着将产物离心、洗涤、干燥处理后即得所述的高效纳米复合催化剂；所述金属盐为稀土盐和/或过渡金属盐。本专利技术中所述的高效纳米复合催化剂，以凹凸棒粉末与金属有机框架材料(MOF)复合制备而成，其结构中除凹凸棒结构外，所含的金属有机框架材料可以是稀土MOF、也可以是过渡金属MOF，也可以是稀土和过渡金属MOF的复合。具体的，例如，所述的稀土MOF可以为均苯三甲酸(1,3,5-苯三甲酸)和稀土金属离子(Nd3+、Eu3+和Tb3+等)形成的金属有机框架材料(例如：MOF-76系列)。根据本专利技术，在本专利技术提供的一个具体的实施例中，所述金属盐为稀土盐和过渡金属盐的混合物，且，所述稀土盐和过渡金属盐的重量比为0.01：1000～1000：0.01。根据本专利技术，本专利技术中，步骤(2)中，所述第一溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、DMF、丙酮和水中的至少一种。根据本专利技术，本专利技术中，步骤(2)中，所述改性剂为HCl、(NaPO3)6、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、NaBF4和NaPF6中的至少一种。例如，在本专利技术的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将天然凹凸棒矿石粉碎筛选，去除杂质，得到凹凸棒粉末；(2)将所述凹凸棒粉末分散到第一溶剂中，加入改性剂，搅拌反应，接着离心、洗涤、干燥处理，得到固体粉末；(3)将所述固体粉末分散到第二溶剂中，加入有机配体和金属盐，搅拌使其完全溶解，接着静置，得到预产物；(4)将所述预产物置于室温或高温烘箱中使其充分反应，接着将产物离心、洗涤、干燥处理后即得所述的高效纳米复合催化剂；所述金属盐为稀土盐和/或过渡金属盐。

【技术特征摘要】
1.一种利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将天然凹凸棒矿石粉碎筛选，去除杂质，得到凹凸棒粉末；(2)将所述凹凸棒粉末分散到第一溶剂中，加入改性剂，搅拌反应，接着离心、洗涤、干燥处理，得到固体粉末；(3)将所述固体粉末分散到第二溶剂中，加入有机配体和金属盐，搅拌使其完全溶解，接着静置，得到预产物；(4)将所述预产物置于室温或高温烘箱中使其充分反应，接着将产物离心、洗涤、干燥处理后即得所述的高效纳米复合催化剂；所述金属盐为稀土盐和/或过渡金属盐。2.根据权利要求1所述的利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于：所述金属盐为稀土盐和过渡金属盐的混合物，且，所述稀土盐和过渡金属盐的重量比为0.01：1000～1000：0.01。3.根据权利要求1所述的利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述第一溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、DMF、丙酮和水中的至少一种。4.根据权利要求1所述的利用CO2转化为环碳酸酯的高效纳米复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述改性剂为HCl、(NaPO3)6、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、NaBF4和NaPF6中的至少一种。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟生，王刚，王文杰，唐晓亮，王莹，窦伟，张国林，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62