一种离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物及其制备方法与应用，其化学结构式如式3所示；制备方法包括如下步骤：(1)以式1所示的三苯基吡喃盐离子单体TPPyr为原料通过Friedel

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及新型功能化有机多孔聚合物制备
，具体涉及一种离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]目前，能源需求在很大程度上仍然依赖于煤炭、石油和天然气等化石燃料。然而，化石燃料的大量消耗会造成二氧化碳(CO2)的过度排放，进而会导致严重的气候和环境问题，如温室效应、全球变暖和频发的极端天气。在“碳达峰、碳中和”双碳目标下，人们已经开发了许多技术用于CO2捕获和高效利用，包括CO2捕集与封存(CCS)和CO2捕集和利用(CCU)。由于捕获过程的高成本以及长期储存相关的安全问题，CCS的实际应用受到阻碍。在碳中和和循环经济的背景下，CCU技术利用捕集的CO2作为碳一(C1)原料进而转化为高附加值的化学品和燃料，受到人们广泛的关注。CO2与环氧化合物通过环加成反应转化为高附加值的环状碳酸酯是实现催化CO2固定的最有效的途径之一。目前，人们已经开发了许多均相和多相催化剂用于CO2转化。一般来说，均相催化剂(比如离子液体IL)是高效的，但是存在催化剂回收以及产物分离困难的缺陷。相对而言，多相催化剂可以解决这些问题，但大多数多相催化体系常需要高温高压的苛刻反应条件。因此，构建绿色高效的IL衍生的多相催化剂，在常压温和条件下，实现对CO2的高效转化是非常重要的研究课题。
[0003]多孔有机聚合物(POPs)具有高的表面积、可调节的化学功能和优异的化学稳定性，在CO2捕集和转化中受到越来越多的关注。POPs的这些优异特征在多相催化反应中，不仅可以提高催化剂对CO2的吸附能力，而且可以有效促进环氧底物的传质。多孔超交联有机聚合物(HCPs)作为POPs中一个重要的分支，其具有制备简便、成本低、起始原料易得等优点。采用Friedel
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Crafts反应直接合成HCPs，既不需要贵金属偶联催化剂，也不需要具有特定功能化构筑单元。HCPs具有高度交联的有机骨架和窄分布的微孔结构，以提供大的表面积和孔体积，这些特点都有利于CO2捕获和转化。虽然，目前已经报道金属基HCPs催化剂被报道用于CO2环加成反应。然而，中性未修饰的HCPs和金属基HCPs催化剂缺少有效卤素阴离子催化活性位点，需要添加额外的助催化剂(比如TBAB)或者高温高压苛刻的反应条件才能获得较好的催化活性。最近的研究发现，离子液体(IL)被认为是CO2环加成反应中最有效的活性位点之一。因此，可以直接通过将这类IL固载到HCPs的框架上不仅简化了合成步骤，可以同时实现均相催化剂的高催化活性和多相催化剂的循环使用性。然而，关于IL衍生的离子型HCPs(iHCPs)的例子仍然非常有限，到目前为止很少被直接合成。一个很大的困难来自于离子液体单元中阳离子的强电子吸收性质，这将阻碍离子液体和交联剂之间的Friedel
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Crafts反应。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物及其制备方
法与应用，该方法制备工艺所需反应条件温和、反应时间短，所用设备简单，将所制备得到的聚合物用于在环氧化合物与CO2环加成反应中，可具有优异的催化活性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物，该聚合物为IL功能化咪唑
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吡啶盐离子型多孔超交联聚合物Im
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Py
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iHCP，其化学结构式如式3所示：
[0006][0007]本专利技术还提供上述离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)以式1所示的三苯基吡喃盐离子单体TPPyr为原料通过Friedel
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Crafts反应，自聚合成了吡喃盐离子型多孔超交联聚合物Pyr
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iHCP；
[0009](2)通过式2所示的氨基功能化咪唑盐离子液体IL:[APMIm]Br对Pyr
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iHCP进行后修饰，嫁接离子单体功能基团得到咪唑
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吡啶盐离子型多孔超交联聚合物Im
‑
Py
‑
iHCP；
[0010]所述式1所示的三苯基吡喃盐离子单体TPPyr的结构式为所述式2所示的氨基功能化咪唑盐离子液体IL:[APMIm]Br的结构式为
[0011]进一步的，具体包括以下步骤：
[0012]S1：将式1所示的三苯基吡喃盐离子单体TPPyr加入盛有有机溶剂的容器中，搅拌使其完全溶解，得均匀溶液；
[0013]S2：将步骤S1得到的均匀溶液转移到反应管中，加入催化剂后，将反应管置于反应模块上，在一定反应温度下进行一段时间的Friedel
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Crafts反应，反应结束后，过滤、洗涤、干燥得吡喃盐离子型多孔超交联聚合物Pyr
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iHCP，其中BF4‑
阴离子被原位交换为Cl
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阴离子；
[0014]S3：将步骤S2得到的Pyr
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iHCP与式2所示的氨基功能化咪唑盐离子液体IL:[APMIm]Br溶于有机溶剂中，搅拌得均匀溶液；
[0015]S4：将步骤S3得到的均匀溶液转移到反应瓶中，在一定反应温度下进行一段时间的嫁接反应；
[0016]S5：反应结束后，通过过滤、洗涤、干燥得到IL功能化咪唑
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吡啶盐离子型多孔超交联聚合物Im
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Py
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iHCP(Im为咪唑基的英文简称，Py为吡啶盐的英文简称，iHCP为离子型多孔超交联聚合物的英文简称)。
[0017]优选的，所述步骤S2中，所述催化剂为AlCl3；所述式1所示的三苯基吡喃盐离子单体TPPyr与催化剂AlCl3之间的的摩尔比为1：10。
[0018]优选的，所述步骤S2中，反应温度为80℃，反应时间为48h。
[0019]优选的，所述步骤S3中，所述吡喃盐离子型多孔超交联聚合物Pyr
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iHCP与式2所示的氨基功能化咪唑盐离子液体IL：[APMIm]Br之间的的摩尔比为1：1.5。
[0020]优选的，所述步骤S4中，反应温度100℃，反应时间48h。
[0021]本专利技术还提供上述IL功能化咪唑
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吡啶盐离子型多孔超交联聚合物Im
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Py
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iHCP在CO2催化转化中的应用。
[0022]进一步的，具体包括：以环氧化合物为底物，以Im
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Py
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iHCP为多相催化剂，在常压CO2氛围中，在加热条件下进行CO2与环氧化合物的环加成反应。
[0023]优选的，所述环氧化合物的结构式为其中，R为氯甲基、溴甲基、羟甲基、乙基、正丁基、苯基、苯甲氧基、烯丙甲氧基中的一种。
[0024]本专利技术通过简洁的两步策略制备了IL本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物，其特征在于，该聚合物为IL功能化咪唑
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吡啶盐离子型多孔超交联聚合物Im
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Py
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iHCP，其化学结构式如式3所示：2.一种权利要求1所述的离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以式1所示的三苯基吡喃盐离子单体TPPyr为原料通过Friedel
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Crafts反应，自聚合成了吡喃盐离子型多孔超交联聚合物Pyr
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iHCP；(2)通过式2所示的氨基功能化咪唑盐离子液体IL:[APMIm]Br对Pyr
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iHCP进行后修饰，嫁接离子单体功能基团得到咪唑
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吡啶盐离子型多孔超交联聚合物Im
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Py
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iHCP；所述式1所示的三苯基吡喃盐离子单体TPPyr的结构式为所述式2所示的氨基功能化咪唑盐离子液体IL:[APMIm]Br的结构式为3.根据权利要求2所述的一种离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1：将式1所示的三苯基吡喃盐离子单体TPPyr加入盛有有机溶剂的容器中，搅拌得均匀溶液；S2：将步骤S1得到的均匀溶液转移到反应管中，加入催化剂后，将反应管置于反应模块上，在一定反应温度下进行一段时间的Friedel
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Crafts反应，反应结束后，过滤、洗涤、干燥得吡喃盐离子型多孔超交联聚合物Pyr
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iHCP；S3：将步骤S2得到的Pyr
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iHCP与式2所示的氨基功能化咪唑盐离子液体IL:[APMIm]Br溶于有机溶剂中，搅拌得均匀溶液；S4：将步骤S3得到的均匀溶液转移...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国建，黄贺，许子旋，孟超然，王世杰，常亚楠，庄涵清，张茜芸，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：