一种低能耗碳中和催化剂的制备方法与流程

1.本发明涉及碳中和催化剂制备领域，尤其涉及一种低能耗碳中和催化剂的制备方法。


背景技术：

2.近年来co2等温室气体的大量排放导致温室效应不断累积，使得全球气候变暖加剧，降低大气中温室气体的含量、解决温室效应等问题刻不容。co2是一种廉价的、无毒的、丰富的c1资源，它可以转化为多种高附加值的化工产品，其中co2和环氧化合物发生环加成反应生成环状碳酸酯，该反应原子利用率高，原料价格低廉、副产物少，符合绿色化学的要求。但是，co2具有较高的热力学稳定性和动力学惰性，实现其化学转化需要高温高压等较严苛条件。因此，研究出一种可以在温和条件下高效催化转化co2的催化剂，对co2的资源化利用有着重大的意义。
3.均相催化剂在催化反应中有较高的催化活性，但是不易分离，难于重复利用。非均相催化剂便于分离和重复使用，可降低反应成本。离子液体(il)是室温或者低于室温时呈现熔融状态的、由阴阳离子组成的盐，是一种新型的绿色溶剂。离子液体具有结构可调性，可以引入特定性能的官能团合成出含有特定功能的离子液体，即功能化离子液体。离子液体因其蒸汽压低、溶解性好，稳定性高的特点，对co2有较好的活化催化性能。但是，离子液体黏度大，难分离等缺点袁限制了其工业化应用。造成其使用能耗大，成本高。因此提出一种低能耗碳中和催化剂的制备方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种低能耗碳中和催化剂的制备方法，解决了现有的碳中和催化剂离子液体黏度大，难分离，使用能耗大，成本高的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低能耗碳中和催化剂的制备方法，制备步骤包括：
6.s1：称取4-氯甲基苯乙烯2.29g，三乙胺2.37g于3ml无水甲醇中，通氮气保护，搅拌下加热至50℃回流反应。
7.s2：反应结束后，冷却至室温袁加入无水乙醚洗涤出淡黄色沉淀，真空干燥，制备得到季铵离子液体乙烯基苄基三乙基氯化铵记为vba。
8.s3：称取vba 1.01g，二乙烯基苯0.52g，溶于50ml甲苯，加入偶氮二异丁腈0.046g，通氮气保护，搅拌下加热至70℃回流反应。
9.s4：反应结束后，冷却至室温，加入丙酮析出产物，离心，真空干燥，制备得到聚离子液体袁记为pdv-1。
10.优选的，所述s1中4-氯甲基苯乙烯与三乙胺分别为15mmol与 23mmol。
11.优选的，所述s1回流反应进行时长为24h。
12.优选的，所述s2中真空干燥的环境为50℃，12h。
13.优选的，所述s3中vba与二乙烯基苯均为4mmol。
14.优选的，所述s3回流反应进行时长为24h。
15.优选的，所述s4中真空干燥环境为110℃，48h。
16.与相关技术相比较，本发明提供的一种低能耗碳中和催化剂的制备方法具有如下有益效果：
17.本发明提供一种低能耗碳中和催化剂的制备方法，催化剂具有制备过程简单，催化活性高，易于回收等优点袁大大降低了反应成本，在co2的催化转换领域有较好的应用前景。
附图说明
18.图1为一种低能耗碳中和催化剂的制备方法的组分含量变化的柱状图。
19.图2为一种低能耗碳中和催化剂的制备方法的条件温度变化的柱状图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例一：
22.请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种低能耗碳中和催化剂的制备方法，制备步骤包括：
23.s1：称取4-氯甲基苯乙烯2.29g，三乙胺2.37g于3ml无水甲醇中，通氮气保护，搅拌下加热至50℃回流反应。
24.s2：反应结束后，冷却至室温袁加入无水乙醚洗涤出淡黄色沉淀，真空干燥，制备得到季铵离子液体乙烯基苄基三乙基氯化铵记为vba。
25.s3：称取vba 1.01g，二乙烯基苯0.52g，溶于50ml甲苯，加入偶氮二异丁腈0.046g，通氮气保护，搅拌下加热至70℃回流反应。
26.s4：反应结束后，冷却至室温，加入丙酮析出产物，离心，真空干燥，制备得到聚离子液体袁记为pdv-1。
27.s1中4-氯甲基苯乙烯与三乙胺分别为15mmol与23mmol；s1回流反应进行时长为24h；s2中真空干燥的环境为50℃，12h；s3中 vba与二乙烯基苯均为4mmol；s3回流反应进行时长为24h；s4中真空干燥环境为110℃，48h。
28.调整vba为1.51g(6mmol)，其他条件不变，制备得到聚离子液体，记为pdv-2。
29.本实施方案中，选取pdv-1和pdv-2为催化剂，反应压力为 0.1mpa、反应温度50℃、反应时间24h，测定其催化性能，研究了离子液体含量对催化活性的影响，结果如图1所示：从图1中可以看出袁pdv-1做催化剂时，产率为71.6％，而pdv-2对应的催化产率为60.8％。这可能是由于离子液体含量增多，样品比表面积降低，不利于传质导致催化活性略有降低。此外，反应结束后，催化剂pdv-2微溶于环加成反应的产物氯丙烯碳酸酯，使得催化剂回收困难，难于发挥作用。
30.实施例二：
31.请参阅图1-2所示，在实施例一的基础上，本发明提供一种技术方案：温度对co2环加成反应的影响，反应条件为0.1mpa、 24h，结果如图2所示。从图2中可以看出，反应温度对催化反应的产率影响较大，随着反应温度的增加，产物的产率明显上升，当反应温度升高至70℃时，环氧氯丙烷几乎完全转化，产率高达 94.3％。这是由于co2和环氧氯丙烷的环加成反应是吸热反应，高温有利于反应的正向进行。
32.综上所述，首先，季铵离子和环氧化合物的氧相互作用，活化环氧化合物，使环氧化合物固定在催化剂周围；同时，氯离子亲核进攻环氧化合物上位阻较小的β碳原子，促进环氧化合物开环；然后，活化的co2分子插入开环的中间体物质，形成无环酯曰最后，通过分子内环化作用生成环状碳酸酯，同时催化剂再生。
33.将对co2分子有较好吸收作用的季铵离子液体聚合到催化剂骨架里，对所得聚离子液体催化剂pdv-x的结构和性能进行表征，通过一系列实验证明，聚季铵离子液体能有效催化转化co2和环氧化合物的环加成反应，在温和条件(70℃，0.1mpa)下，以pdv-1为催化剂，反应24h袁产物氯丙烯碳酸酯的产率为94.3％，选择性高达99.5％。此催化剂具有制备过程简单，催化活性高，易于回收等优点，大大降低了反应成本，在co2的催化转换领域有较好的应用前景。


技术特征：
1.一种低能耗碳中和催化剂的制备方法，其特征在于，制备步骤包括：s1：称取4-氯甲基苯乙烯2.29g，三乙胺2.37g于3ml无水甲醇中，通氮气保护，搅拌下加热至50℃回流反应。s2：反应结束后，冷却至室温袁加入无水乙醚洗涤出淡黄色沉淀，真空干燥，制备得到季铵离子液体乙烯基苄基三乙基氯化铵记为vba。s3：称取vba 1.01g，二乙烯基苯0.52g，溶于50ml甲苯，加入偶氮二异丁腈0.046g，通氮气保护，搅拌下加热至70℃回流反应。s4：反应结束后，冷却至室温，加入丙酮析出产物，离心，真空干燥，制备得到聚离子液体袁记为pdv-1。2.根据权利要求1所述的一种低能耗碳中和催化剂的制备方法，其特征在于，所述s1中4-氯甲基苯乙烯与三乙胺分别为15mmol与23mmol。3.根据权利要求1所述的一种低能耗碳中和催化剂的制备方法，其特征在于，所述s1回流反应进行时长为24h。4.根据权利要求1所述的一种低能耗碳中和催化剂的制备方法，其特征在于，所述s2中真空干燥的环境为50℃，12h。5.根据权利要求1所述的一种低能耗碳中和催化剂的制备方法，其特征在于，所述s3中vba与二乙烯基苯均为4mmol。6.根据权利要求1所述的一种低能耗碳中和催化剂的制备方法，其特征在于，所述s3回流反应进行时长为24h。7.根据权利要求1所述的一种低能耗碳中和催化剂的制备方法，其特征在于，所述s4中真空干燥环境为110℃，48h。

技术总结
本发明公开了一种低能耗碳中和催化剂的制备方法，涉及碳中和催化剂制备领域，解决了现有的碳中和催化剂离子液体使用能耗大，成本高的问题，现提出如下方案，其包括：称取4-氯甲基苯乙烯2.29g，三乙胺2.37g于3mL无水甲醇中，通氮气保护，搅拌下加热至50℃回流反应；冷却至室温袁加入无水乙醚洗涤出淡黄色沉淀，真空干燥，制备得到季铵离子液体乙烯基苄基三乙基氯化铵记为VBA；称取VBA 1.01g，二乙烯基苯0.52g，溶于50mL甲苯，加入偶氮二异丁腈0.046g，通氮气保护，搅拌下加热至70℃回流反应；冷却至室温，加入丙酮析出产物，离心，真空干燥，制备得到聚离子液体袁记为PDV-1。本装置具有具有制备过程简单，催化活性高，易于回收等优点袁大大降低了反应成本的特点。等优点袁大大降低了反应成本的特点。等优点袁大大降低了反应成本的特点。


技术研发人员：丁宇飞 张彩芳
受保护的技术使用者：上海派志数据科技有限公司
技术研发日：2022.02.22
技术公布日：2022/5/25