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功能化聚合离子液体催化CO2合成环状碳酸酯的研究

文献类型:学位论文

作者勾海镔
答辩日期2021-06-01
文献子类硕士
授予单位中国科学院过程工程研究所
导师成卫国 and 华炜
关键词Co2,氢键供体,聚合离子液体,硫醇-烯烃点击反应,环加成反应
英文摘要

将温室气体CO2转化为高值化学品是极具经济性和社会效益的减排方式。CO2与环氧化合物通过环加成反应得到环状碳酸酯是实现这一目的的一种绿色路线,并且符合原子经济性,该技术路线的关键是开发高效率高稳定性的催化剂。本文针对均相催化剂分离复杂,非均相催化剂活性较差的缺点,开发出催化性能高、稳定性好的氢键供体功能化的聚合离子液体催化剂和高活性多位点聚合离子液体催化剂。主要工作及创新成果如下:1. 设计合成了一系列以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为氢键供体的功能化聚合离子液体(HPILs),通过调节咪唑基离子液体、HEMA和交联剂的比例,筛选出活性最佳的催化剂。利用核磁氢谱、红外、元素分析、X射线光电子能谱等表征手段证明合成了目标聚合离子液体。实验发现,在离子液体和HEMA聚合比例为1:1.5时,得到的聚合离子液体HPIL-7达到最佳催化活性。在105℃, 2 MPa CO2,反应3 h条件下,HPIL-7可以实现碳酸丙烯酯(PC)收率达94%,甚至接近于离子液体单体活性(PC收率95%)。最后,根据核磁氢谱和DFT模拟计算,初步研究了HEMA和离子液体与反应物的相互作用,提出一种可能的氢键供体和亲核阴离子协同催化机理。2. 针对催化剂活性低、制备方法复杂的缺点,采用硫醇-烯烃点击反应,在紫外光照射下,以双阳型离子液体和三聚硫氰酸(TTCA)制备一系列多位点的光引发聚合离子液体催化剂(pPILs)。通过调节有无光引发剂、溶剂添加剂和光照时间等影响因素,得知该类聚合离子液体催化剂可以在无引发剂存在下快速制备,并且不受氧气和水等环境因素的影响。研究发现,离子液体[VImBMBP]2Cl2和TTCA在正庚烷存在下,制备得到的P[VImBMBP]2Cl2-TTCA(heptane)可以在100 ℃,无助催化剂、无溶剂的条件下,实现碳酸丙烯酯收率98.4%。循环性测试和红外分析等表明催化剂在循环使用6次后,活性无明显下降,催化剂结构基本不变。通过红外光谱、X射线光电子能谱分析,揭示了内在的吸附水分子存在于聚合离子液体结构中。并通过DFT模拟计算和核磁氢谱,提出了一种可能的氢键作用和亲核阴离子协同催化反应机理。

语种中文
源URL[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60859]  
推荐引用方式
GB/T 7714
勾海镔. 功能化聚合离子液体催化CO2合成环状碳酸酯的研究[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2021.

入库方式: OAI收割

来源:过程工程研究所

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