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《哈尔滨工业大学》 2016年
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不同氢键供体催化转化CO_2与环氧化物的环加成反应

李鑫  
【摘要】:CO_2是一种主要的温室气体,同时还是全球储量丰富、价廉、无毒、可再生的C1资源。利用高效绿色催化技术将CO_2转化成高附加值化学产品,以实现其资源化利用,不仅可有效缓解全球变暖带来的环境问题,而且具有重大的经济效益。设计出一种新型二元催化体系四丁基溴化铵(Bu4NBr)/柠檬酸(CA),研究了其对化学固定CO_2合成环状碳酸酯的催化性能。系统考察了不同助催化剂和反应条件(包括反应温度、反应压力、Bu4NBr/CA摩尔比、反应时间等)对催化活性的影响。研究结果表明,在130 oC,CO_2压力2.5 MPa,Bu4NBr/CA摩尔比2:1条件下反应4 h,碳酸丙烯酯(PC)收率为97%,选择性高达98%。此外,研究了催化体系的使用寿命,以及对不同取代基环氧化物的普适性。在此基础上,推测了可能的协同催化机理。该二元催化体系制备简单、价格低廉、环境友好、催化活性高,避免了挥发性有机溶剂与过渡金属的使用。设计合成一系列基于三乙醇胺的质子型离子液体[TEA]X(X=Cl,Br,I),采用NMR,FT-IR,TGA及EA等表征了离子液体的结构及其热稳定性。以环氧丙烷(PO)与CO_2环加成制备环状碳酸酯为例,分别测试了不同离子液体的催化性能,并对反应条件(包括反应温度、CO_2压力、催化剂用量、反应时间等)进行优化。结果表明,离子液体碘酸盐三乙醇胺[TEA]I催化性能优良,在110°C,2.0 MPa CO_2压力下,反应6 h,PC收率为91%,选择性达99%。同时考察了催化剂的重复使用性能,发现该催化剂循环使用3次,产品收率没有明显降低,且催化剂的结构没有发生变化。此外,研究了[TEA]I催化剂对不用取代基环氧化物的普适性,发现均表现出优异的催化效果。最后提出了可能的协同催化反应机理。该单组份质子型离子液体制备简单、催化活性高,反应条件温和,可有效避免助催化剂和有机溶剂的使用,在CO_2催化转化领域展现出较大的发展潜力。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O621.256.7

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