[发明专利]一种多位点离子液体温和催化合成环状碳酸酯的方法

说明书

本发明公开了一种基于多位点离子液体作为高效催化剂温和催化合成环状碳酸酯的方法，设计了一系列多位点离子液体，能在温和的条件下实现CO₂高效转化制备环状碳酸酯，且活性优于普通离子液体。相较于传统的制备环状碳酸酯的方法，本发明中使用的多位点离子液体催化剂具有活性位点多、催化效率高、制备工艺简单、反应条件温和、容易从液相中分离等诸多优点，具有较高的工业化应用价值。

技术领域

本发明涉及到绿色、清洁催化技术领域，具体指向基于多位点离子液体温和催化合成环状碳酸酯的方法。

背景技术

随着时代的进步和社会的发展，人们的活动都伴随着能源的大量消耗。而大量使用煤、石油、天然气等燃料的后果就是CO₂的大量排放。CO₂作为温室气体的重要组成部分，其与其他气体所造成的温室效应会导致土地沙漠化、海平面上升、全球变暖等严重问题，给人类甚至整个生态环境都造成了巨大的影响。CO₂不仅是一种有害的温室气体，还是一种安全又廉价的C1资源，它在人类生活的方方面面都得到了广泛的应用，因此CO₂的高效利用就倍受全球所关注。

环状碳酸酯是一种性能优良的有机溶剂和有机中间体，常用于气体分离、塑料、电化学等许多领域。合成环状碳酸酯的方法主要有光气法、尿素醇解法、酯交换法和环氧化合物和二氧化碳直接合成法。光气法作为传统的环状碳酸酯制备方法，由于光气毒性大、成本高、工艺复杂等缺点逐渐被淘汰。由于以温室气体为原料，环氧化合物和CO₂的直接合成一直受到许多研究者的关注。而CO₂具有较高的热力学稳定性和动力学惰性，其化学转化需要在高温高压下进行。因此，开发一种能在温和条件下高效催化CO₂转化的催化剂，对CO₂有效利用具有重要意义。

均相催化剂主要分为碱金属催化剂、有机磷化合物、有机碱和金属配合物。均相催化剂在催化反应中具有很高的催化活性，但存在难以分离和再利用的缺点。例如，CN102671703A公开了一种用于合成环状碳酸酯的金属配合物催化剂及其应用。该催化剂为锌、铜、镉、铝、锡、铁、钴或镍元素的金属配合物的一种，该催化剂也可与金属盐协同助剂组成复合催化剂，形成均相催化剂体系，用于CO₂和环氧化合物环加成制备环状碳酸酯。该发明提供的金属配合物催化剂制备简单，金属盐协同助剂廉价易得，但是难以分离。非均相催化剂的种类很多:金属氧化物、分子筛、负载催化剂、金属-有机骨架(MOFs)等，但这些非均相催化剂都有其自身的缺点。例如，CN101265253公开了一种通过二氧化碳与环氧化物环加成反应制备环状碳酸酯的多相催化合成方法。其特征在于采用通过焙烧Zn-M-Al水滑石得到的金属复合氧化物作为催化剂，其中M为碱土金属，同时采用有机叔胺作为溶剂和助催化剂，在二氧化碳初始压力0.1-6MPa，反应温度100-180℃条件下可高选择性地制备环状碳酸酯，选择性可达97％以上。该催化剂制备简单，稳定性好，不含卤素，可多次重复利用，但是催化性能较差。CN1796384A涉及一种由二氧化碳和环氧化合物通过环加成反应合成环状碳酸酯的方法。使用负载型催化剂，使用助催化剂，在反应温度为50-200℃，二氧化碳的压力为0.1-10MPa，反应时间为0.5-10小时。反应后产品的纯度大于99％，分离产率最好为95％，具有优良的催化性能，但制备过程繁琐。CN101474576公开一种用于合成环状碳酸酯的催化体系。该催化体系适用于催化由二氧化碳和环氧化合物反应合成环状碳酸酯的反应体系。该反应体系中，各种环氧化合物均适用于该方法，该反应温度为30-80℃，二氧化碳的压力为2-12MPa，反应时间为1-24小时。与传统方法相比，该催化体系具有反应条件温和，高收率和高选择性，主催化剂金属有机配位聚合物MOF-5能够通过简单过滤就能够重复利用等优点，能有效催化环加成反应，但其制备成本和稳定性有待进一步提高。