固载化离子液体催化剂的制备及转化co2的应用

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1、沈阳工业大学硕士学位论文摘要二氧化碳与环氧化合物进行环加成反应制备环状碳酸酯符合“绿色可持续发展”原则，不仅是实现节能减排和低碳经济发展的有效途径，还开辟了一条非石油原料的新路线，生产的环状碳酸酯在化工领域具有重要的应用价值。但二氧化碳化学性质极不活泼，在相对温和的条件下实现二氧化碳的化学固定和资源转化，催化剂的选择是关键。离子液体以其优异的催化性能广泛应用于二氧化碳的环加成反应，但离子液体自身的相态限制了二氧化碳的连续转化，因此越来越多的载体得以开发用来固载离子液体，实现固载化离子液体的非均相催化。本论文根据不同载体及离子液体的结构特点，制备高性能的固载化离子液体催化剂，并将其应用

2、于釜式间歇及固定床连续反应中进行环加成反应评价，期待能为实现二氧化碳在工业生产中的连续转化提供新途径和新技术。第一类催化剂是以硅胶为载体，固载不同侧链长度的咪唑类离子液体催化体系，用于釜式反应器催化环氧丙烷与二氧化碳合成碳酸丙烯酯。实验数据表明，与单纯的离子液体比较，该催化体系表现出良好的催化活性，离子液体的烷基侧链长度对该催化体系有重要影响，离子液体的烷基侧链越长，其催化性能越好。SiO2/[C18MIM][Zn2Br5]的催化性能最佳，在最佳反应温度，反应压力，反应时间，催化剂用量条件下，环氧丙烷的转化率为99.7%，碳酸丙烯酯的选择性为96.3%，此催化剂的首次催化性能良好，但

3、循环使用时催化剂的活性逐渐下降。第二类催化剂是以分子筛MCM-X为载体，固载功能化离子液体的催化体系。其中，MCM-X-[CeMIM]Cl/(ZnBr2)2在釜式催化环氧丙烷与二氧化碳环加成反应中表现出较高活性，这说明催化剂的酸性对环加成反应的影响较大，且催化剂酸性越强，催化o反应效率越高。当催化温度为120C，压力为2.5MPa，催化剂用量为2.0%时，转化率为100%，产率为97.4%。在此条件下，催化剂循环使用8次后，仍保持较高的催化活性，但多次使用后存在着离子液体活性组分流失现象。最后并对催化剂在环加成反应的催化作用机理进行了推断。第三类催化剂是以3-氯丙基三乙氧基硅烷（CP

4、TES）为偶联剂，分别以分子筛MCM-X和SBA-15为载体，固载功能化离子液体的催化体系。该催化体系完成了硅烷偶联剂、分子筛及离子液体之间的高能化学键合，实现了固载化离子液体固定床连续催化转化二氧化碳。实验结果表明，MCM-X-CPTES-[AeMIM][Zn2Br5]在连续催化反应o过程中表现出较好的催化活性及使用寿命，在反应温度为130C，压力为2.0MPa，LHSVI沈阳工业大学硕士学位论文-1为0.75h，CO2/PO(mol/mol)为3:1的最优工艺条件下，连续催化反应50h后，碳酸丙烯酯的产率为61.6%。在相同反应条件下，分子筛SBA-15固载的氨基功能化离子液体催

5、化剂SBA-15-CPTES-[AeMIM][Zn2Br5]效果更佳，在环加成反应连续进行200h后，碳酸丙烯酯的产率仍保持在70%以上。关键词：固载化离子液体，催化剂，载体，二氧化碳，碳酸丙烯酯II沈阳工业大学硕士学位论文AbstractThecycloadditionreactionofcarbondioxide(CO2)andepoxidetosynthesiscycliccarbonateconformstotheprincipleofgreensustainabledevelopment.Itisnotonlyaneffectivewaytoachieveenergysav

6、ingandlowcarboneconomicdevelopment,butalsoopensanewrouteaboutnonpetroleumrawmaterials.Anditisimportantfortheproductionofcycliccarbonatetobeusedinthefieldofchemicalengineering.However,thechemicalpropertiesofCO2areextremelyinactive.Intherelativelymildconditions,thechoiceofcatalystisthekeyelementf

7、orthechemicalfixationandresourceconversionofCO2.Ionicliquids(ILs)arewidelymadeuseofthecycloadditionreactionofCO2withitsexcellentcatalyticperformance,however,thephasestateofILsrestrictthecontinuousconversionofCO2,therefore,moreandm