本发明专利技术提供了一种具有高选择性和高转化率的新型高效ＣＯ２环加成反应离子液体催化剂，由Ｎ－甲基咪唑与烯丙基氯以一定的摩尔比混合，加热至５５～７０℃，在氮气保护下反应８～１２ｈ，得氯化１－烯丙基－３－甲基咪唑离子液体；再由氯化１－烯丙基－３－甲基咪唑离子液体与丙烯酸共聚制得。本发明专利技术制备的离子液体催化剂具有较好的热稳定性，对于二氧化碳与环氧化合物反应生成五元环化合物有很高的选择性和转化率，而且其制备方法简单，成本低并且可以重复利用，适合大规模生产，在工业催化领域有着广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业催化
，涉及一种CO2环加成反应催化剂，尤其涉及一种具有高选择性和高转化率的新型高效CO2环加成反应催化剂。
技术介绍
随着世界各国工业化进程加快，人口不断增多，煤、石油及天然气等资源的需求越 来越大，这些地球上储量有限而又不可再生的资源在大量被消耗着。而且还因燃烧排放而 导致区域大气污染及“温室效应”。据统计，近100年以来，地表温度上升了 0.6°C，相当于 大气中CO2每增加10%，则地表温度上升0. 430C。根据有关资料中介绍，大气中CO2浓度每 增加一倍，气温将增加2. 8 5. 2°C。气候变暖还将引起地球气候的很大变化，给人类生存 构成严重威胁。因此，必须采取相应对策，减少CO2向大气的排放。除了对CO2的排放加以 限制外，另一个有效措施就是对这些产生的CO2加以回收利用，将其转化为化学品、燃料，或 其它有用的产品。其中CO2和环氧化合物经过催化偶联生成环碳酸酯的反应就是一种有效 的办法。这是因为环碳酸酯是可以广泛的应用于聚合物合成的单体、极性非质子型溶剂、药 物中间体以及其他的生物化学应用。而且CO2与环氧化合物直接偶联生成碳酸酯，没有其 它的副产物产生，符合绿色化学与原子经济性等观点。自1943年，Karl首次发现氢氧化钠负载于活性炭上能有效催化与环氧化合物环 加成反应以来，到目前为止，人们相继开发出金属氧化物，碱金属的卤化物，离子液体等新 型催化剂。作为与环氧化物的环加成反应催化剂，离子液体的环境友好特性使其相对于传 统的季胺盐催化剂反应条件更温和，催化反应活性和产物选择性更高，同时反应不需要溶 剂等优点，成为新型的反应催化剂。但是，离子液体作为催化剂催化反应完成之后，需要减 压蒸馏使产物和离子液体分离，这样从能量消耗的角度考虑，不适合工业化生产。从实际应 用的角度看，目前催化剂活性仍不能令人满意。因此，开发简单、易于分离、可工业化、高效 的催化剂是当前研究的重中之重。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高选择性和高转化率的新型高效CO2环加成反应离 子液体催化剂。本专利技术的另一目的是提供一种该新型高效CO2环加成反应离子液体催化剂的制备 方法。一、新型CO2环加成反应催化剂本专利技术的新型CO2环加成反应离子液体催化剂，其结构式如下<formula>formula see original document page 4</formula>二、新型CO2环加成反应催化剂的制备本专利技术新型CO2环加成反应催化剂的制备方法，包括以下工艺步骤(1)氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑离子液体的合成将N-甲基咪唑和烯丙基氯以 1 1.10 1 1. 11的摩尔比混合，加热至55 70°C，在氮气保护下反应8 12h，得氯 化1-烯丙基-3-甲基咪唑离子液体；(2)离子液体催化剂的制备将氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑离子液体与丙烯酸以 1 5 1 10的摩尔比混合，再向其中加入丙烯酸摩尔量2 5倍的N，N-二甲基甲酰 胺和丙烯酸摩尔量1 2%的偶氮二异丁腈，在氮气保护下于60 70°C反应24 36h ；然 后用氯仿沉淀，过滤，干燥得浅黄色的目标聚合物。其合成路线如下_<formula>formula see original document page 4</formula>三、聚合物的表征下面通过具体实验对本专利技术制备的聚合物(新型CO2环加成反应催化剂)用红外、 热重、元素分析、光散射进行表征。1、实验原料烯丙基氯、氯仿均为分析纯，购买于国药集团化学试剂有限公司，未经处理直接使 用。N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、丙烯酸使用之前重蒸。偶氮二异丁腈为工业级。2聚合物的表征(1)红外光谱样品用KBr压片后，用美国尼高尼公司产360型FT-IR光谱仪测试。图1为催化剂的红外谱图。从图1可以看出，在1553cm—1的吸收峰为甲基咪唑上 面C = N的谱峰，而在聚丙烯酸的标准谱峰在1553cm—1处没有C = N的谱峰，由此可以看出，我们成功的将丙烯酸和离子液体共聚到了 一起。(2)热失重分析热失重分析(TG-DTA)用TG-DTA 2000S测得，扫描范围30 500°C，升温速率IO0C · mirT1，氮气流速 IOOmL · mirT1。图2为新型CO2环加成反应催化剂的热失重曲线。从图2中可以看出，在150°C 之前，失重了 1%，是由于聚合物吸水的原因。说明本专利技术制备的催化剂在150°C之前是稳 定的，热失重分析表明，本专利技术制备的新型催化剂具有较好的热稳定性，可以成功地应用到 CO2环加成反应。(3)元素分析元素分析结果:N3. 80%, C :48· 29%, H 5. 67%, Cl 13. 91%, 0 28. 33%。表明 每一克聚合物上面负载3. 9mmol离子液体。(4)光散射分析采用用光散射仪器(型号Wyatt Technology DAWN EOS)，以醋酸溶液作为流动相， 测定其重均分子量。光散射分析结果本专利技术制备的新型CO2环加成反应催化剂的重均分子量为Mw = 2645, D = 1.27。从D值可以知道，该聚合物的分散系数接近于1，表明聚合物分散度好。四、催化剂在CO2环加成反应的应用下面通过具体实验说明本专利技术的新型催化剂对二氧化碳与环氧化合物反应生成 五元环化合物的催化效果。试验方法在50mL的不锈钢高压反应釜中加入IOml的环氧氯丙烷，磁子，0. Ig本 专利技术制备的催化剂，置换空气后，先升温至设定温度，再通二氧化碳调节压力，在搅拌下进 行反应一定时间。反应结束后，先用冰盐浴冷却，再放气，得到的混合物过滤，得到相应的环 碳酸酯。反应式如下<formula>formula see original document page 5</formula>本专利技术催化剂在CO2环加成反应中转化率和选择性随反应时间、温度的变化曲线 见图3、图4。从图3、图4可知，随着温度的升高，转化率先增大，到120°C达到最大转化率 90%，选择性为99%。随着时间的延长，转化率先增大后减小，当反应时间为2h时，转化率 达到最大值90%，选择性为99%。上述实验证明，本专利技术制备的催化剂是CO2环加成反应 的催化剂，对于二氧化碳与环氧化合物反应生成五元环化合物有很高的选择性和转化率， 并且可以重复利用。通过大量的研究发现环氧化合物与CO2环加成反应在该催化剂存在的条件下，在 1. 25Mpa，温度为115°C，反应时间为Ih时效果最佳。本专利技术与现有技术相比具有以下优点1、本专利技术制备的催化剂具有较好的热稳定性，与环氧化合物反应生成五元环化合 物有很高的选择性和转化率。2、本专利技术高效催化剂的制备方法简单，成本低，并且可以重复利用，适合大规模生 产，在工业催化领域有着广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术CO2环加成反应催化剂的红外谱2为本专利技术CO2环加成反应催化剂的热失重曲线图3为本专利技术催化剂在CO2环加成反应中转化率和选择性随反应时间的变化曲线图4为本专利技术催化剂在CO2环加成反应中转化率和选择性随反应温度的变化曲线具体实施例方式实施例1、新型CO2环加成反应催化剂的制备1、氯化1-烯丙基-3本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型ＣＯ↓［２］环加成反应离子液体催化剂，其结构式如下：＊＊＊。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王荣民，王鸿，熊玉兵，王泽，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]
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