[发明专利]一种铝络合共轭微孔高分子催化剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明设计合成了铝络合共轭微孔高聚物催化剂(CMP-Al)，并以其为催化剂实现了在温和的条件催化CO₂与环氧烷烃在常温常压下反应生成环碳酸酯。

背景技术

CO₂是主要的温室气体之一，也是地球上最丰富的碳资源之一，具有储量大、安全无毒和价廉易得等优点。近年来，随着人类社会工业化进程的加快，工业CO₂排放量急剧增加，直接导致全球变暖和气候异常。因此，CO₂的固定活化及化学转化成有机物对于人类的未来具有重要的实际意义。目前主要是利用CO₂与环氧烷烃通过环加成反应生成环状碳酸脂这一手段将CO₂转化为有商业价值的化学品，但在此类反应过程中所用的催化剂催化转化CO₂的条件都较为苛刻，需要高温和高压，因此在相对温和的条件下实现CO₂的催化转化是目前急需解决的问题。

发明内容

为了解决在常温常压下催化转化CO₂的难题，本发明的发明目的是设计制备了共轭微孔高聚物催化剂，利用此催化剂在温和的反应条件下将CO₂与环氧烷烃反应转化为环状的碳酸脂。

本发明共轭微孔高聚物催化剂制备方法如下：

一种铝络合共轭微孔高分子催化剂(CMP-Al)，其结构如下：

式中R＝-Cl，-Br，-Et，-OMe，-OEt，或-OCH₂CH₂(OCH₂CH)₂Cl；R₂＝-H，-^tBu，-NO₂，-Cl，-CH₂NEt₂，-CH₂N(Bn)Et₂Br，-ⁱBu，或-CH₂N(CH₃)₂CH₂Ph；

所合成的此类共轭高分子化合物的聚合度n大约在30-80之内，它们的结构属于体型结构，是由三维的网状结构交联起来的。

一、Salen的合成方法：以一元醇为溶剂，将取代的水杨醛与1，2-二氨基环己烷按照物质的量比为1∶1-30的比例，在温度为0-150℃的条件下反应1-15h，制得所需的Salen化合物；

二、共轭微孔高聚物(CMP)的制备方法：以四(三苯基磷钯)、碘化亚铜为催化剂，将1，3，5-三乙炔苯与Salen按照物质的量为1∶1-5的比例，在温度为20-150℃的条件下反应60-90h，得到高聚物，四(三苯基磷钯)、碘化亚铜的加入量与1，3，5-三乙炔苯的物质的量的比例分别为1∶12-50，1∶10-40。

三、CMP配位催化剂的合成：将铝化合物与CMP按照质量比为1∶1-6的比例，在温度为90-130℃的条件下反应8-15h，制得所需要的催化剂CMP-Al。四、催化环氧烷烃与CO₂的反应：将催化剂CMP-Al与环氧烷烃按照质量比为1∶1-25投料，再加入一定量的胺类化合物，其与环氧烷烃的物质的量比例为1∶5-1000，通入足量的CO₂在0-160℃的条件下搅拌反应1-80h，得到环状的碳酸脂。步骤三中所说的胺类化合物为季铵盐，三乙胺或4-二甲氨基吡啶。所制备的CMP-Al催化剂的结构为：

式中R＝Cl，Br，Et，OMe，OEt，OCH₂CH₂(OCH₂CH)₂Cl，R₂＝H，^tBu，NO₂，Cl，CH₂NEt₂，CH₂N(Bn)Et₂Br，ⁱBu，CH₂N(CH₃)₂CH₂Ph。

本发明先用Salen化合物与1，3，5-三乙炔苯进行反应，生成共轭微孔高聚物，然后再和铝的化合物进行反应，这样得到的催化剂能较好的吸附CO₂分子，增加其在溶剂中的溶解度，从而提高反应效率。

本发明制备过程中的反应方程式如下：