[发明专利]一种用于CO2环加成反应的催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于CO₂环加成反应的催化剂及其制备方法，该方法以二氰二胺和金属卤化物为原料，以乙醇和水的混合物为溶剂，通过搅拌、蒸发、干燥和焙烧过程将卤离子固载于石墨相氮化碳表面。该方法操作简单，催化剂重复使用性能好，产品后处理简单，生产成本低。该催化剂对CO₂与环氧化合物环加成合成环状碳酸酯的反应有很好的催化性能。

技术领域

本发明涉及固体催化剂的制备领域，特别涉及一种用于CO₂与环氧化合物环加成反应制备环状碳酸酯的催化剂及其制备方法。

背景技术

CO₂的捕集与封存是降低大气中CO₂含量的有效方法，然而，该方法成本较高且存储空间有限；降低大气中CO₂含量的另一方法是CO₂的资源化利用， CO₂可用于制备多种有价值的化合物，例如，将CH₄干重整转化制合成气、CO₂加氢制烃以及CO₂与环氧化合物环加成反应合成环状碳酸酯。尤其是CO₂与环氧化合物环加成合成环状碳酸酯，该过程原子利用率高、副产物少，较为绿色环保，而产物环状碳酸酯的应用广泛，如极性溶剂、生产聚碳酸酯的前体、锂离子电池的电解液以及合成药物和精细化学品的中间体等等。

迄今为止，研究人员已经开发出了许多用于CO₂环加成反应的催化剂，包括金属盐，金属氧化物，季铵(磷)盐和离子液体。非均相催化剂例如金属氧化物单独使用时选择性不高，需要加入溶剂或助催化剂，对反应条件的要求也比较苛刻；均相催化剂中，金属盐催化剂与季铵(磷)盐催化剂一般还需加入助催化剂例如亲核试剂或氢键供体试剂以增强催化活性，并且季铵(磷)盐催化剂的复用性一般。离子液体作为已报道的最有活性的用于合成环状碳酸酯的均相催化剂，对反应条件要求相对较低，无需助催化剂与溶剂辅助，不含金属，其不足之处是固有的均相特性使其与产物相溶，需要借助减压蒸馏来分离，回收困难，导致成本上升。

综上所述，寻找一种方法简单、成本低的非均相催化剂用于CO₂的环加成反应具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前CO₂环加成反应非均相催化剂制备过程中复杂、效果差等缺陷。提供一种用于CO₂与环氧化合物进行环加成反应的非均相催化剂及其制备方法，该方法过程简单、成本低、活性高，且重复使用性能好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于CO₂与环氧化合物环加成反应制备环状碳酸酯的催化剂，其结构式如下所示：

其中M为Cu、Fe或Zn，X^-为Cl^-、Br^-或I。

该催化剂的具体制备方法如下：

(1)将二氰二胺和金属卤化物加入乙醇和水的混合溶液中，其中二氰二胺与金属卤化物的质量比为10:1-10:3，二氰二胺与乙醇和水混合物的质量比为 1:100-1:10，乙醇和水的质量比为5:1-1:5，将上述体系加热到40-80℃，密闭条件下磁力搅拌2-4小时；

(2)将上述混合物体系置于水域体系中蒸干，随后转入烘箱中在80℃条件下干燥4小时；

(3)将得到的固体放入马弗炉中，以5-10℃/min的速度升温至500℃，并在500℃保温2小时。

本发明所述的氧化石墨烯是按照以下方法制备的：