[发明专利]一种合成环状碳酸酯的方法

说明书

本发明涉及一种合成环状碳酸酯的方法，该方法以氧化石墨烯、碳纳米管和金属卤化物的混合物为催化剂，以CO₂和环氧乙烷或环氧丙烷为原料，在温和条件下即可实现CO₂与环氧乙烷或环氧丙烷的环加成反应合成环状碳酸酯。该方法催化剂制备过程简单、生产成本低、环状碳酸酯收率高，反应结束后催化剂经简单处理即可重复利用。

技术领域

本发明涉及环状碳酸酯合成领域，特别涉及一种用固体催化剂催化CO₂与环氧化合环加成制备环状碳酸酯的方法。

背景技术

碳酸丙烯酯(propylene carbonate PC)/碳酸乙烯酯(ethylene carbonate EC)是一类重要的有机化学品，广泛用于有机合成、气体分离、电化学、高分子合成、印染、塑料等领域。碳酸丙烯酯/碳酸乙烯酯的合成法主要有光气法、酯交换法、尿素醇解法、环氧丙烷/环氧乙烷与二氧化碳加成法。光气法由于原料中的光气剧毒，对人和环境造成严重伤害被禁用；酯交换法由于使用的催化剂有毒且原料昂贵一般不被工业生产采用；尿素醇解法由于使用的催化剂不易分离一般不被采用；环氧化物与二氧化碳加成法由于工艺流程短，收率高，选择性好，产品质量优，操作方便，成本低等优点而被广泛采用。

环氧丙烷/环氧乙烷与二氧化碳合成环状碳酸酯使用的催化剂一般有有机金属配合物、季铵盐、季膦盐、碱金属盐等。但是，上述催化剂体系都存在一些无法逾越的问题：有机金属配合物催化体系需要较高的催化剂浓度且转化率低；季铵盐、季膦盐类催化剂价格昂贵；碱金属类催化剂不易回收复用等。近期也有将固载型离子液体催化剂用于环状碳酸酯合成过程，但由于离子液体本身价格昂贵，且固载过程往往繁琐复杂。因此，开发绿色高效且成本低廉的固体催化剂是目前环氧丙烷/环氧乙烷与二氧化碳合成环状碳酸酯的热点。

综上所述，寻找一种过程简单、成本低，效果好的二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯方法具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前CO₂环加成合成环状碳酸酯过程催化剂成本高、制备过程繁琐、稳定性差等缺陷。提供一种以二氧化碳和环氧化合物为原料，以氧化石墨烯、碳纳米管和金属卤化物的混合物为催化剂合成环状碳酸酯，该催化剂制备过程简单、反应条件温和，生产成本低，环状碳酸酯收率高，反应后催化剂回收简单的制备环状碳酸酯的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种合成环状碳酸酯的方法，其特征在于该方法以氧化石墨烯、碳纳米管和金属卤化物的混合物为催化剂，以CO₂和环氧乙烷或环氧丙烷为原料，在温和条件下实现环状碳酸酯的合成。

其中催化剂的制备过程如下：

(1)首先将氧化石墨烯和碳纳米管加入去离子水中，其中氧化石墨烯和碳纳米管的质量比为10:1-5:1，氧化石墨烯与去离子水的质量比为1:100，将上述混合物在100-200W，40-60MHz的功率下超声30-120min；

(2)向步骤(1)所得混合物中加入金属卤化物(锌、铁、铜、镍的氯化物或锌、铁、铜、镍的溴化物)，其中金属卤化物与氧化石墨烯的质量比为1:10-1:30，继续在100-200W，40-60MHz的功率下超声30-120min；

(3)将步骤(2)所得的混合物进行过滤、干燥，即得所需的固体催化剂。

作为对本发明的限定，本发明所述的固体催化剂的用量为环氧乙烷或环氧丙烷质量的3％-12％。

作为对本发明的再次限定，本发明所述的CO₂初始压力为2-4MPa，反应温度100-120℃，反应时间为4-6h。

另外，在制备本发明催化剂时所述的氧化石墨烯是按照以下方法制备的：