本文關(guān)鍵詞：二氧化碳與環(huán)氧化合物合成環(huán)狀碳酸酯的新型催化劑制備與研究

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【摘要】：CO2作為主要的溫室氣體,同時(shí)又是種價(jià)廉易得、可再生的豐富C1資源。目前通過化學(xué)固定法將CO2轉(zhuǎn)化為可用的化學(xué)產(chǎn)品的研究引起了人們的廣泛關(guān)注。其中利用CO2與環(huán)氧化合物環(huán)加成反應(yīng)合成環(huán)狀碳酸酯的反應(yīng)路線,底物原料價(jià)格低廉、反應(yīng)過程中沒有其他副產(chǎn)物,原子利用率可達(dá)100%,符合“綠色化學(xué)”和“原子經(jīng)濟(jì)”,是很有前景的重要技術(shù)途徑之一。作為最終產(chǎn)物的環(huán)狀碳酸酯也是十分重要的化學(xué)產(chǎn)品。迄今為止,該方向已有大量的催化劑被研究開發(fā)出來,如堿金屬鹽、金屬氧化物以及離子液體等。但大多存在催化活性不夠、反應(yīng)條件較苛刻或催化劑與反應(yīng)物難分離等問題。本論文中主要針對這些問題,設(shè)計(jì)和研究了兩種新型多相催化劑并將其用于合成環(huán)狀碳酸酯的環(huán)加成反應(yīng)中。(1)通過在穩(wěn)定性較好的聚合物氯甲基聚苯乙烯(P-Cl)上嫁接功能化1,5,7-三氮雜二環(huán)[4.4.0]癸-5-烯基離子液體,得到一系列具有不同官能團(tuán)、不同碳鏈長度、不同鹵素陰離子的新型負(fù)載型離子液體催化劑。其中負(fù)載羧基功能化離子液體的聚合物(P-[TBDC2H4COOH]Br)在羧基和溴陰離子的共同作用下,能在無溶劑無助催化劑的條件下催化環(huán)加成反應(yīng),且催化活性高、穩(wěn)定性較好、多次循環(huán)利用。該催化劑在140 oC、2 MPa、2 h、催化劑量為0.24 mol%(以負(fù)載的離子液體含量計(jì)算)的條件下,催化得到碳酸丙烯酯的選擇性和產(chǎn)率分別為96.3%和100%,循環(huán)使用5次后其催化效果未有明顯下降。(2)通過簡單的一步水熱法合成了Cr-MIL-101-NH2材料,之后采用后修飾法在材料上嫁接季擕鹽,得到新型材料Cr-MIL-101-[BuPh3P]Br。由于該催化劑比表面積大、具有大量不飽和金屬中心同時(shí)又負(fù)載了季擕鹽離子液體,因而能在無溶劑無助催化劑的條件下高效催化環(huán)加成反應(yīng)且反應(yīng)條件溫和,熱穩(wěn)定性也稍有提升。該催化劑在120 oC、2 MPa、2 h、催化劑量為0.13 mol%(以離子液體含量計(jì)算)的條件下催化得到碳酸丙烯酯的產(chǎn)率從42.8%上升到97.8%,循環(huán)四次后催化效果有所下降。
【關(guān)鍵詞】：二氧化碳 環(huán)加成反應(yīng) 環(huán)狀碳酸酯 環(huán)氧化合物 多相催化劑
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X701;O643.36
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 二氧化碳的研究利用現(xiàn)狀10
• 1.3 環(huán)狀碳酸酯的研究與利用10-11
• 1.4 多相催化劑11-18
• 1.4.1 金屬氧化物催化劑11-12
• 1.4.2 分子篩及黏土類催化劑12-13
• 1.4.3 負(fù)載型離子液體催化劑13-16
• 1.4.4 金屬有機(jī)骨架材料（MOFs）催化劑16-18
• 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容18-19
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分19-23
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑19-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備20
• 2.3 催化劑的表征20-21
• 2.3.1 X-射線衍射分析20
• 2.3.2 場發(fā)射掃描電子顯微鏡及能譜儀20-21
• 2.3.3 傅里葉紅外光譜分析21
• 2.3.4 比表面積測試21
• 2.3.5 熱重分析（TGA）21
• 2.3.6 X-射線光電子能譜（XPS)21
• 2.4 環(huán)加成反應(yīng)試驗(yàn)21-23
• 2.4.1 二氧化碳環(huán)加成反應(yīng)21-22
• 2.4.2 色譜分析方法的建立22
• 2.4.3 定量分析計(jì)算方法22-23
• 第三章 聚合物負(fù)載功能化離子液體催化環(huán)加成反應(yīng)23-38
• 3.1 引言23-24
• 3.1.1 聚合物P-TBD的制備23
• 3.1.2 聚合物負(fù)載功能化離子液體的制備23-24
• 3.2 催化材料的表征24-28
• 3.2.1 FT-IR光譜分析24-25
• 3.2.2 X-射線衍射 (XRD)25-26
• 3.2.3 掃描電鏡（SEM）及元素分析（EDS）26-27
• 3.2.4 TG-DSC譜圖分析27-28
• 3.3 結(jié)果與討論28-36
• 3.3.1 催化劑性能的研究28-30
• 3.3.2 反應(yīng)條件對P-[TBDC2H4COOH]Br催化性能的影響30-34
• 3.3.3 CO_2與不同環(huán)氧化物間的環(huán)加成反應(yīng)34-35
• 3.3.4 可能的反應(yīng)機(jī)理35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-38
• 第四章 Cr-MIL101NH_2負(fù)載離子液體催化環(huán)加成反應(yīng)38-57
• 4.1 引言38
• 4.2 催化材料的制備38-40
• 4.2.1 Cr-MIL101NH_2的合成與活化38-39
• 4.2.2 Fe-MIL101NH_2的合成與活化39
• 4.2.3 離子液體[BrBuPh_3P]Br的合成39
• 4.2.4 MIL101NH_2固載離子液體39-40
• 4.3 催化材料的表征40-48
• 4.3.1 X-射線衍射（XRD）40-41
• 4.3.2 掃描電鏡（SEM）及元素分析（EDS）41-43
• 4.3.3 紅外光譜分析（FT-IR）43-44
• 4.3.4 X射線光電子能譜(XPS)44-46
• 4.3.5 比表面積分析(BET)46-47
• 4.3.6 TG-DSC譜圖分析47-48
• 4.4 結(jié)果與討論48-56
• 4.4.1 Cr-MIL101[BuPh_3P]Br的催化性能48-49
• 4.4.2 反應(yīng)條件對Cr-MIL101[BuPh_3P]Br催化性能的影響49-54
• 4.4.3 CO_2與不同環(huán)氧化物間的環(huán)加成反應(yīng)54-55
• 4.4.4 可能的反應(yīng)機(jī)理55-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第5章 總結(jié)與展望57-59
• 5.1 總結(jié)57-58
• 5.2 展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-68
• 碩士期間發(fā)表的論文68-69
• 致謝69-70

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