[发明专利]一种氨基功能化离子液体基吸附-催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO₂吸附-催化剂，特别是涉及一种基于离子液体活性组分的，集捕获与催化功能于一身的高效CO₂吸附-催化剂，以及该吸附-催化剂的制备方法。

背景技术

全球气候变暖已成为备受关注的环境问题，以CO₂为主的温室气体大量排放，是导致温室效应加剧的主要原因。从资源化角度讲，CO₂又是C₁家族中最为廉价和丰富的碳资源，无论从资源利用还是环境保护的角度考虑，有关CO₂固定和化学转化的研究与开发都具有重要意义。因此，CO₂捕集与利用(CCU)技术成为当前亟待发展的热点技术。

CO₂惰性很大，不易被活化，实现其化学固定和转化非常困难，因而吸附剂和催化剂的性能问题进一步制约了CCU技术的应用和发展。如若设计一种集捕获和催化功能于一体的吸附-催化剂，将CO₂高效捕集后原位转化为附加值更高的产品，则可以简化技术路线、降低成本，促进CCU技术的发展。

离子液体是完全由阴、阳离子构成，在低于100℃温度范围内呈液态的有机盐。离子液体具有蒸汽压低、不易燃烧、热稳定性高、溶解能力强、结构和性质可调节等独特性质。这些特性使得离子液体成为替代传统有机胺溶剂捕集固定CO₂的新型理想溶剂。此外，独特的催化性能也使得离子液体在温和条件下即对多种CO₂转化反应表现出优异的催化活性和选择性。因此，设计特定结构的离子液体作为活性组分，将有望实现CO₂捕集和转化一体化。然而，离子液体又存在着粘度大、成本高等缺点，严重制约了其的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种集捕集和催化功能于一体的氨基功能化离子液体基吸附-催化剂，以及该吸附-催化剂的制备方法，以实现CO₂的同步吸附和转化，降低CUU技术成本。

本发明所述氨基功能化离子液体基吸附-催化剂是以介孔分子筛SBA-16为载体，以氨基功能化离子液体1-(3-氨丙基)-3-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑氯化物为活性组分，将氨基功能化离子液体接枝在所述载体上构成的，其中，每1g所述吸附-催化剂中负载有1～10mmol氨基功能化离子液体。

本发明进而提供了一种制备所述氨基功能化离子液体基吸附-催化剂的方法，是在氮气保护下的无水乙腈溶剂体系中，先由N-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑与3-氯丙胺盐酸盐加热回流反应得到氨基功能化离子液体，再由氨基功能化离子液体与纯硅介孔分子筛SBA-16进行加热回流反应，将反应得到的固体分散于无水乙醇中，调节pH值至弱碱性，得到所述氨基功能化离子液体基吸附-催化剂。

本发明上述制备方法中，所述N-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑与3-氯丙胺盐酸盐的摩尔用量比优选为1∶1～2。

进一步地，所述N-[3-(三乙氧硅烷基)丙基]-4,5-双氢咪唑与3-氯丙胺盐酸盐的反应时间为24～72小时，反应产物除去乙腈后以无水乙醇洗涤、干燥，即可得到氨基功能化离子液体。

所述纯硅介孔分子筛SBA-16与氨基功能化离子液体的反应时间优选为24～72小时。

更具体地，本发明是将氨基功能化离子液体与纯硅介孔分子筛SBA-16反应后的反应物过滤、洗涤、干燥后，以二氯甲烷为溶剂索提48小时，再均匀分散于无水乙醇中，以0.25mol/L的KHCO₃溶液调节pH值至8左右，经过滤、洗涤、干燥后得到氨基功能化离子液体基吸附-催化剂浅黄色固体。

本发明制备的氨基功能化离子液体基吸附-催化剂可应用于吸附捕获并催化转化CO₂。

利用本发明氨基功能化离子液体基吸附-催化剂捕集与转化CO₂的具体方法是：在25～75℃的吸附温度下，以所述氨基功能化离子液体基吸附-催化剂吸附捕获CO₂，再于反应压力2Mpa、温度50～120℃下与环氧化合物进行环加成反应，合成环状碳酸酯。

一般地，所述环加成反应的反应时间为3～40小时。

优选地，本发明所述环氧化合物为环氧氯丙烷，合成的环状碳酸酯为4-氯甲基-[1,3]二氧环戊-2-酮。