一种磁性复合材料负载功能化离子液体催化剂及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种磁性复合材料负载功能化离子液体催化剂

【技术实现步骤摘要】
一种磁性复合材料负载功能化离子液体催化剂及其应用


[0001]本专利技术属于有机化工领域，具体涉及一种磁性复合材料负载功能化离子液体催化剂及其应用
。

技术介绍

[0002]环状碳酸酯是具有良好性能的有机溶剂和中间体，常用于气体分离
、
塑料
、
电化学等许多领域，其中碳酸甘油酯
、
碳酸乙烯酯
、
碳酸丙烯酯以及碳酸
1,2
‑
丁烯酯是几类最具代表性的产物
。
碳酸乙烯酯
(EC)
或碳酸丙烯酯
(PC)
是电子化学品家族两个基础材料，主要用于新能源汽车电池中的化学溶剂，是目前所知的最具绿色环保概念的化学溶剂
。
[0003]以环氧化物和二氧化碳为原料通过环加成反应制备环状碳酸酯是一条环境友好且原子经济的工艺路线，同时使用二氧化碳为原料，解决碳排放问题，从资源化角度出发，二氧化碳作为世界上最为丰富和廉价的碳资源，大力发展二氧化碳绿色化利用技术，开发绿色
、
高新的精细化工产业链，提高产品的附加值，具有重要的经济和环境意义
。
目前用于环加成反应的催化剂主要包括有机催化剂
、
离子液体
、
金属有机骨架
、
多孔有机聚合物
、
过渡金属络合物，其中均相催化剂具有高的催化活性，但离子液体等均相催化剂存在的主要问题是卤素原子残留在环状碳酸酯中，降低了产品品质，限制了其作为高品质原料的应用；同时均相催化剂分离过程需增加额外的分离设备，增加投资成本，且采用精馏塔或薄膜蒸发器分离，精馏塔塔釜温度及薄膜蒸发器内部温度较高，碳酸酯在高温及离子液体存在下易分解
、
聚合产生杂质，含有某些杂质的碳酸酯与添加剂复配后变色，且放置时间越长颜色越深，影响电解液产品质量
。
[0004]为解决上述问题，非均相催化剂受到很大关注，目前常用的非均相催化剂主要有负载型离子液体催化剂
、
高分子催化剂
、
金属氧化物催化剂
、
分子筛及其粘土类催化剂等
。
专利
CN 101265253 B
公开了一种通过二氧化碳与环氧化物环加成反应制备环状碳酸酯的多相催化合成方法，采用通过焙烧
Zn
‑
M
‑
Al
水滑石得到的金属复合氧化物作为催化剂，其中
M
为碱土金属，同时采用有机叔胺作为溶剂和助催化剂，在二氧化碳初始压力
0.1
‑
6MPa
，反应温度
100
‑
180℃
条件下可高选择性制备环状碳酸酯，选择性可达
97
％以上，该催化剂制备简单，不含卤素，可多次重复利用，但是催化性能较差
。
专利
CN 108097309 B
公开了一种以活性炭为载体
、
含氮聚合物为活性中心的催化剂用于合成碳酸丙烯酯的方法，在温度为
120℃、
压力为
2MPa
的反应条件下，转化率可达到
97
％
、
选择性达到
99
％，但该方法中催化剂在反应中存在
N
元素流失的情况，给后续分离造成困难
。
专利
CN 101474576A
公开了一种用于合成环状碳酸酯的反应体系，助催化剂金属有机配位聚合物
MOF
‑5，该反应温度为
30
‑
80℃
，压力为2‑
12MPa
，与传统方法相比，该催化体系反应条件温和，高收率和高选择性，且能通过简单过滤实现重复利用等优点，能有效催化环加成反应，但其制备成本和稳定性有待进一步提高
。
专利
CN 106831595 B
公开了一种苄基咪唑盐离子液体催化合成环状碳酸酯的方法，反应压力1‑
5MPa
，反应温度
100
‑
150℃
，在该反应过程阳离子活性基团与阴离子协同作用，实现高效率
、
高选择性催化反应，产物产率为
94.91
％，但是该离子液体催化剂的活性位
点少，且负载的催化剂在使用过程中活性位点极易脱落
。
[0005]基于上述非均相催化剂应用现状，在合成环状碳酸酯过程仍存在催化剂催化活性低
、
稳定性差及活性组分易流失等问题
。
制备具有较高催化活性
、
较好稳定性及可回收性的高效非均相离子液体催化剂成为合成环状碳酸酯研究的亟需解决的问题
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种磁性复合材料负载功能化离子液体催化剂
。
所述催化剂具有催化活性高
、
稳定性强
、
活性组分不易流失及可回收利用等优势
。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种磁性复合材料负载功能化离子液体催化剂，所述催化剂包含磁性复合材料载体和功能化离子液体；其中，所述功能化离子液体为糖基功能化咪唑离子液体，其咪唑结构为
N
‑
烷基咪唑，其具有如下结构：
[0009][0010]其中，阴离子
X
‑
为卤族元素
、
含卤族元素基团
、
含氧硫基团
、
羧酸根中的一种或多种，优选
X
‑
为
I
‑
、Cl
‑
、Br
‑
中的一种或多种；
R1和
R2各自独立地选自
C1
‑
C10
烷基中的一种
。
[0011]本专利技术制备的催化剂中，糖基功能化离子液体因咪唑与葡萄糖等糖基化合物连接，含有多羟基，一方面可分散离子液体活性位点，提高离子液体利用率；另一方面，多羟基可与环氧化合物形成氢键作用，达到活化环氧化合物的目的
。
其中的
H
与原料
PO
中带负电的
O
形成分子间氢键作用，极化和拉伸
C
‑
O
键，阴离子亲核进攻
PO
中空间位阻较小的
C
原子，
PO
开环，形成中间体，二氧化碳插入中间体中，通过分子内亲核攻击生成产物碳酸酯
。
[0012]在本专利技术的一种实施方案中，所述磁性复合材料为具有介孔结构的蛋黄
‑
蛋壳型磁性复合碳球，优选碳球的磁核为磁性纳米粒子，壳层为酚醛树本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种磁性复合材料负载功能化离子液体催化剂，其特征在于，所述催化剂包含磁性复合材料载体和功能化离子液体；其中，所述功能化离子液体为糖基功能化咪唑离子液体，其咪唑结构为
N
‑
烷基咪唑，其具有如下结构：其中，阴离子
X
‑
为卤族元素
、
含卤族元素基团
、
含氧硫基团
、
羧酸根中的一种或多种，优选
X
‑
为
I
‑
、Cl
‑
、Br
‑
中的一种或多种；
R1和
R2各自独立地选自
C1
‑
C10
烷基中的一种
。2.
根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述磁性复合材料为具有介孔结构的蛋黄
‑
蛋壳型磁性复合碳球，优选碳球的磁核为磁性纳米粒子，壳层为酚醛树脂的碳化产物；优选地，所述磁性纳米粒子为磁性金属氧化物
、
磁性金属单质
、
磁性金属合金中的一种或多种，优选氧化铁和
/
或
Fe3O4；优选地，所述酚醛树脂是酚化合物和醛化合物的缩合物，优选酚化合物包含间苯二酚
、
甲酚
、
苯基苯酚
、
双酚
A
中的一种或多种，醛化合物包含乙醛
、
多聚甲醛
、
糠醛中的一种或多种
。3.
一种制备权利要求1或2所述催化剂的方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：
S1
：通过烷基咪唑制备含有氨基的氯代烷基咪唑，其再与糖基化合物的内酯经环氧开环反应后得糖基功能化咪唑离子液体；
S2
：以酚醛树脂作为碳源，原位聚合负载于磁性纳米粒子表面，碳化后制备得到蛋黄
‑
蛋壳型磁性复合材料；
S3
：将糖基化咪唑离子液体经酯化反应负载在磁性复合材料表面，得到目标催化剂
。4.<...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩金玲，赵文强，梁高珲，陈俊，王远辉，张宏科，
申请(专利权)人：万华化学蓬莱有限公司，
类型：发明
国别省市：