离子液体催化二氧化碳与环氧丙烷合成碳酸丙烯酯的研究文献综述

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1、文献综述离子液体催化二氧化碳与环氧丙烷合成碳酸丙烯酯的研究前言随着人类工业化的进程，温室效应对人类的生存与发展提出了严重的挑战。作为温室气体的主要成分，CO2排放量的增加直接导致了温室效应的加剧，CO2是碳和含碳化合物氧化的最终产物，是主要的温室气体之一。同时，CO2也是地球上最丰富的C1资源之一，具有储量大、安全无毒和价廉易得等优点。因此，CO2资源利用具有重大的经济和环境意义。近几十年来，CO2化学已引起各国化学家的广泛关注，尤其是温和条件下的CO2化学固定。CO2与环氧丙烷(PO)的环加成反应是它的一个经典应用，如果在反应过程中不使用有机溶剂，则该过程将是一个符合绿色化学标准的原子经济反

2、应。生成的碳酸丙烯酯(PC)是一种性能优良的高沸点、高极性有机溶剂，工业上用其吸收天然气、油田气和合成氨原料气中的CO2与H2S气体，在纺织、电池、印染等领域也有重要应用。用于此反应的催化剂种类较多，其中离子液体由于活性高、选择性好等优点而备受关注。本文对CO2与环氧丙烷合成碳酸丙烯酯的催化剂作一综述，着重介绍了以离子液体为催化剂的新催化体系。1.CO2的化学转化利用的意义与现状随着近代工业革命的到来，人类对能源的需求越来越大。大量的煤、石油、天然气等化石燃料被开采利用，越来越多的CO2排放到大气层中，造成大气中CO2的含量逐年升高，形成了温室效应。同时，CO2是一种特殊的可再生利用资源，即作

3、为一种重要的C1资源，可以利用于许多化学品的生产，如已经工业化应用的生产尿素、甲醇、碳酸酯聚碳酸酯等。在CO2资源化利用方面，尤其值得一提的是大规模氢化是一个很有前景的领域，但是其先决条件问题是要解决氢源问题。只有实现了以太阳能为能量通过水解产生氢气，才能使其规模化应用得以实现。以CO2为原料制备有用化学品还有很多突出的优点：①CO2价格低廉、无毒，常用于代替剧毒的化学品{光气。异氰酸酯等}；②与媒、石油相比，它是一种可再生资源，可以循环利用，符合当今社会可持续发展的要求；③从CO2出发可以制备出很多性能优良、价格低廉的化学品，如有广泛用途的碳酸二酯、聚碳酸酯等；④一定程度上减少了CO2的排放

4、，为抑制全球气候变暖提供一种可能。近来，我国学者在CO2利用的研究领域取得了可喜的成绩。例如，有关CO2的分子催化活化并进行化学转化利用方面，采用离子液体、金属配合物、季铵盐或季鏻盐、金属盐负载于金属氧化物等催化体系，合成碳酸酯及其衍生物。因此，通过化学转化的方式将这种主要的温室气体转化为有用的化工产品，既有利于环境保护，又为化学工业提供了清洁和可再生的C1原料，减少了化学工业对日益减少的化石资源的依赖[1]。2.CO2与环氧化合物反应的催化剂体系以CO2与环氧化物为原料合成有机碳酸酯，无其它副产物生成，符合绿色化学与原子经济性的要求，以此工艺制备碳酸丙稀酯已实现工业化。环氧丙烷与二氧化碳的加

5、成环合生成碳酸丙烯酯的反应是放热、体积缩小的反应，因此，低温、高压条件有利于反应进行。由于是加成反应，其过程的原子经济性理论上可以达到100%[2]，但是实际情况与采用的催化体系有关。催化体系主要有均相催化体系和多相催化体系。均相催化剂(如季铵盐、金属配合物和离子液体等)具有较高的活性，但催化剂本身回收和产物分离都较困难，这些限制了它们的应用。与均相催化剂相比，非均相催化剂具有易分离、能重复使用等优点。2.1过渡金属配合物在金属配合物中，对过渡金属配合物的研究较为广泛，如Salen型金属配合物。吕小兵等[3]引以Schiff碱铝配合物(SalenA1X，X=C1，Br，OMe，Et)／聚醚一K

6、I双功能催化剂催化CO2与环氧化物合成环状碳酸酯。反应在非常温和的条件下进行，其中PC的收率高达98％。根据IR分析，提出了环加成反应的机理：SalenAIX中心金属离子与环氧化合物的氧原子相互作用导致开环，而CO2对A1一O键的插入形成线性碳酸酯。在加热条件下，发生环消除反应，生成环状碳酸酯。2.2离子液体离子液体作为一种新的催化体系，具有高收率，高选择性，对环境友好等特点，近年来，成为许多领域的研究热点。2.2.1离子液体的定义离子液体又称室温熔盐(RoomTemperatureMoltenSalt)、有机离子液体(OrganicIonicLiquid)。室温熔盐的名称是从熔盐的定义派生出

7、来的，因为盐都是离子化合物，在熔融状态下盐由自由移动的正、负离子组成，离子液体是室温条件下由正、负离子组成的液体，所以又称为室温熔融盐[4]。它由烷基吡啶或双烷基咪唑季铵盐组成的一类新型的“软”功能材料(SoftMaterials)或介质。2.2.2离子液体的特点与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有一系列突出的优点：(1)几乎没有蒸汽压，不挥发。离子液体完全由离子组成。在离子液体中，虽然离子