[发明专利]生产环状碳酸酯的催化剂体系及相关方法

说明书

本发明提供了一种用于生产环状碳酸酯的催化剂体系，所述催化剂体系包含：预催化剂，其为具有二氧化硅载体的5至10重量％的量的BiCl₃；具有式(I)的化合物其中：Y选自溴(Br^‑)或碘(I^‑)；R¹、R²和R³为甲基，或R¹、R²和R³一起形成具有式(II)的杂芳基环以及二氧化硅(SiO₂)载体。

技术领域

本发明涉及一种生产环状碳酸酯的催化剂体系，以及利用所述催化剂体系制备环状碳酸酯的方法。

背景技术

工业过程和燃料燃烧等产生的二氧化碳(CO₂)排放正在成为全世界的一个严重问题，因为这种排放被认为是气候变化的主要驱动因素。根据国际能源署(IEA)发布的《2017年全球能源与二氧化碳现状报告》，全球与能源相关的二氧化碳排放量达到了历史最高的325亿吨。全球各地的立法者已经开始对大气中二氧化碳的无限制释放进行限制。在解决该问题的方法中，近年来，将CO₂化学转化为高价值化学品引起了相当大的关注。环状碳酸酯是其中之一，因为它们可以在温和的条件下通过将CO₂与环氧化物环加成而轻松生成。在涉及聚碳酸酯、乙二醇和聚酯的数十亿美元市场中，环状碳酸酯处于中心位置。但是，CO₂在动力学和热力学上是稳定的，因此需要大量的能量才能将CO₂转化为其他化学物质，包括环状碳酸酯。因此，一种有前途的方法是开发有效的催化剂，该催化剂允许在较低的温度下实现更高的CO₂转化率。

环状碳酸酯是由CO₂与环氧化合物发生环加成反应生成的。存在几种进行这种反应的催化剂体系，但是，这种体系中很少有能够在环境压力或中等压力(0.1至1MPa)下，使用不纯的CO₂进行操作。从气体混合物中捕获二氧化碳的能力是有利的，因为这可以很容易地应用于烟道气，因此对于环状碳酸酯的生产在商业上具有吸引力。所述催化剂的实例包括Energy Environ Sci.,2010,3,212-215中公开的双金属铝(salen)配合物，其将含有水气以及在CO₂中作为杂质的NO_x的CO₂，用于环状碳酸酯的生产。然而，由于有机骨架配位的铝原子的精细结构，所述配合物具有非常高的分子量，并且其制备涉及多个合成步骤。

US 9,586,926 B2公开了一种由CO₂碳化环氧化物来制备环状碳酸酯的方法。该方法通过均相催化剂体系进行，该体系包含选自YCl₃、Y₂O₃、Y(NO₃)₃、ScCl₂或LaCl₃的预催化剂和选自四丁基溴化铵、4-二甲基氨基吡啶或双(三苯基膦)亚胺氯化物的助催化剂，两者的摩尔比为1:1至1:2。但是，在环境条件下，使用不纯或稀释的CO₂时该系统的催化活性相对较低。

Monteiro等(Applied Catalysis A:General(2017),544(25),46-54)公开了一种催化剂体系，该体系包括氯化1-甲基-3-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)咪唑鎓离子液体催化剂，以钛酸酯纳米管(TNT)或纳米线(TNW)为预催化剂，ZnBr₂为助催化剂，用于合成环状碳酸酯。尽管催化剂对CO₂的选择性高，但该催化剂未应用于不纯的或稀释的CO₂的转化。