[发明专利]一种双功能催化剂及其在外环路反应工艺中制备环状碳酸酯、聚碳酸酯的方法

说明书

一种双功能催化剂及其在外环路反应工艺中制备环状碳酸酯、聚碳酸酯的方法，属于碳酸酯制备技术领域。所述的双功能催化剂为异核双金属配合物，搭配助催化剂季铵盐组成的双组分催化体系。采用外环路反应器，利用双功能催化剂，在0.4～3.0MPa的反应压力和50～150℃的反应温度下，二氧化碳和环氧烷烃为原料进行反应制备环状碳酸酯或聚碳酸酯。本发明能够在较低压力、温和的反应温度下高效实现二氧化碳和环氧烷烃偶合反应合成环状碳酸酯、交替聚合合成聚碳酸酯。

技术领域

本发明属于碳酸酯制备技术领域，涉及一种异核双金属配合物搭配季铵盐双功能催化体系结合外环路工艺制备环状碳酸酯和聚碳酸酯的方法，是一种由环氧烷烃和二氧化碳反应制备环状碳酸酯和聚碳酸酯的方法。

背景技术

二氧化碳(CO₂)作为地球上的重要碳源，可以通过光合作用被转化为碳水化合物，同时释放出氧气，这是维持生态循环最重要的反应之一。而如今人类日常生活和工业生产中CO₂的过量排放破坏了自然界的“收支平衡”，使得CO₂成为导致温室效应的主要气体。因此，CO₂的减排和化学或物理固定已经成为世界范围内最受关注的战略性研究课题之一。在催化剂作用下，二氧化碳可以与环氧烷烃发生偶合反应制备环状碳酸酯。这些环状碳酸酯作为性能优良的高沸点、高极性有机溶剂，在有机合成、化妆品工业、气体分离、电池电解液及金属萃取等领域有着广泛应用。

目前国内外有很多关于通过二氧化碳和环氧烷烃偶合制备环状碳酸酯的专利报道。如采用四烃基季铵盐、季鏻盐、离子液体、分子内含有季铵盐的四齿席夫碱配合等作为催化剂实现环状碳酸酯制备，但普遍存在依赖高温高压的问题。近年来，我们也采用四齿席夫碱铝配合物作为催化剂，在季铵盐或季鏻盐的协同作用下，实现了二氧化碳和环氧烷烃的偶合反应，合成了相应的环状碳酸酯(CN 1416953、CN 1415416和CN 1544431)，反应活性较过去大幅提升。另外我们也报道了采用环路喷雾及喷射反应器进行气液相混合过程强化的环状碳酸酯制备方法(CN 110003163、CN 110028483)及聚碳酸酯制备方法(CN111440303)，在原有高活性双功能催化剂基础上进一步改善气液传质，降低了反应压力使反应可在0.8MPa低压下高效进行。

过去的工作中我们开发了四齿席夫碱铝配合物与季铵盐或季鏻盐的协同催化体系，也设计了同核双金属配合物催化剂进行聚碳酸酯的制备研究(CN 109456471、CN103102480)，经研究发现异核双金属配合物的双金属体系对环氧烷烃活化、二氧化碳插入效果更加显著，搭配季铵盐的双功能体系催化活性较同核双金属配合物、两种单核金属配合物叠加、以及分子内的双功能催化体系的催化活性均有显著提高，并且不同的双金属搭配能够实现环状碳酸酯、聚碳酸酯两种不同反应，使得温和条件下的反应活性进一步得到提升。

发明内容

本发明主要的目的是提供一种高活性异核双金属配合物催化剂的制备方法与应用该催化剂结合外环路反应工艺加强气液传质，高效实现二氧化碳和环氧烷烃偶合反应合成环状碳酸酯、交替聚合合成聚碳酸酯的方法。

本发明的技术方案：

一种双功能催化剂，所述的双功能催化剂为异核双金属配合物，搭配助催化剂季铵盐组成的双组分催化体系。

所述的异核双金属配合物包括锌铝异核双金属配合物和锌钴异核双金属配合物，结构为：

进一步地，异核双金属配合物的制备方法，反应方程式为：

具体制备步骤为：

锌铝异核双金属配合物：