[发明专利]一种有机框架材料催化二氧化碳高效合成环碳酸酯的方法

说明书

一种有机框架材料催化二氧化碳高效合成环碳酸酯的方法,该催化剂是有机共价大分子平面化合物，具有结构稳定的优点;其催化位点多具有较高的催化转化效率；该催化剂容易与反应物分离，具有非常好的循环作用；该催化剂稳定性较好，不易分解。本发明能够解决以往催化CO₂与环氧化合物生成环氧碳酸酯反应中催化剂不稳定，不能重复利用的问题。该催化剂能够多次、高效的循环使用。

技术领域

本发明公开了一种共价键连接的有机框架结构的催化剂并用于催化CO₂与环氧烷烃生成环氧碳酸酯的反应。实现多位点催化、重复性好、催化效率高的特点。测试了该催化剂的循环次数。实验结果表明：该催化剂催化该类反应具有60-95％的产率，并且此催化剂循环使用6次后催化活性依然保持不变，本发明涉及催化化学领域。

技术背景

随着温室气体的含量不断增加，温室效应越来越明显，以至于近年来天气极端反常；而CO₂是温室气体的主要成分，并且在大气中的含量非常的高，同时CO₂又是一种很重要的C1资源，因此能将CO₂转化为化工原料或者化工产品是非常有价值和意义。近些年来关于催化CO₂的捕获活化转化的研究报道很多，由于CO₂具有热力学和动力学上的稳定性，造成活化利用CO₂需要较高的温度和苛刻的反应条件，因此开发一种高效的，条件温和的催化剂是非常有必要的。关于催化CO₂与环氧烷烃生成环状碳酸酯的报道非常多，主要有有无机金属催化剂，金属有机催化剂，有剂催化剂，但是这些催化剂主要缺点是催化剂不稳定，无法多次的重复利用，从而给大规模工业化带来极大的障碍。

鉴于此，本发明设计并合成一种具有可重复利用的多相催化剂，催化CO₂与环氧烷烃生成环状碳酸酯反应，从而解决上述迫切的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足提供一种有机框架材料催化二氧化碳高效合成环碳酸酯的方法,该催化剂能够解决其他催化剂催化CO₂与环氧烷烃反应中催化剂不稳定，无法循环重利用的难题。为解决上述技术问题，本发明采用全新的策略，设计和合成一系列的共价键连接的有机框架材料，并应用于催化CO₂与环氧烷烃生成环氧碳酸酯的反应。

本发明所述方法的工艺步骤如下：

(1)共价键连接的有机框架材料的合成:在反应容器中，加入1:10至10：1的不同比例的正丁醇和三甲基苯作为溶剂，加入与反应物摩尔比为0.5％-5％有机酸作为催化剂,所用有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸中的一种，按照2:1的比例加入对苯二甲醛和四对氨基苯基卟啉,并在用超声波仪器超声5-20分钟，并抽出空气—通入氮气—抽出空气—通入氮气，并循环2-9次,在30-200℃，氮气保护下反应；

(2)反应结束后离心分离，并用四氢呋喃和丙酮分别洗涤3-11次，真空干燥24小时；得到反应所需的共价键连接的有机框架材料即COF-366；

(3)将步骤(2)得到的COF-366和金属醋酸盐溶解在DMF溶剂中，加热到20-110℃，在氮气保护搅拌3-9小时；反应结束后过滤，并用水和甲醇洗涤多次，即可得到COF-366(M)化合物,M为Cu,Cr,Co,Zn中的一种，真空干燥；

(4)称取催化剂COF-366(M),反应助催化剂PTAT即苯基三甲基三溴化铵、DMAP即N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基咪唑即TBAB、四苯基溴化膦即TPPB和碘化钾(KI)中的一种以及反应物环氧烷烃，加入高压反应釜中；上述催化剂、反应助催化剂和反应物的摩尔比为1:1:85至1:1:95，通入二氧化碳，设置压力为0.1MPa-2MPa,在0-120℃的条件下反应；

(5)反应结束后将反应中的催化剂离心分离取其上清液用气相色谱仪进行检测。