[发明专利]在温和条件下将CO2转化为环状碳酸酯的催化剂及方法

说明书

本发明以氨基功能化离子液体（Mim‑NH₂）为活性组分，以四丁基溴化铵（TBAB）为助催剂，将两者按一定的摩尔比例混合制成一种高活性的二元体系催化剂，能在常压、低温、无金属、无溶剂的条件下将CO₂高效催化转化为环状碳酸酯，大大降低了反应过程中的能耗，为CO₂的变废为宝及其工业实践提供了可能。

技术领域

本发明涉及CO₂转化催化领域，具体为一种在温和条件下将CO₂转化为环状碳酸酯的催化剂及方法。

背景技术

全球气候变暖已成为备受关注的环境问题，以CO₂为主的温室气体的大量排放是导致温室效应加剧的主要原因。因此，如何高效快捷、绿色、节能地处理CO₂问题成为科学界研究的热点。而从资源化角度讲，CO₂被认为是一种无毒的、经济的和丰富的C₁原料。无论从资源利用还是从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。但是，由于CO₂具有较高的热力学稳定性和动力学惰性，实现其化学转化往往需要高温高压等苛刻条件，从而制约了以CO₂为原料制备化学品的工业化进程。

在温和条件下将CO₂转化为高附加值的化学产品符合可持续发展和绿色化学的要求，因此具有非常好的发展前景。CO₂与环氧化物反应制备环状碳酸酯是CO₂资源化利用的有效途径之一。该反应具有原料价格低廉、原子利用率高、副产物少等优点，符合绿色化学的观点。合成的环状碳酸酯不仅是一种性能优良的有机溶剂，而且是重要的工业原料，被广泛应用于药物和精细化学品合成、纺织、印染以及电化学等领域。

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极低、不易燃烧、热稳定性高、溶解能力强、结构和性质可调节、催化性能优异等独特性质。这些特性使得离子液体对多种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的高效转化。

然而，离子液体催化CO₂与环氧化合物加成反应，通常需要在较高的压力和温度（反应温度≥120℃，反应压力≥2MPa）下才能实现高的活性和选择性，反应过程需要较高的能耗，增加工业成本。

发明内容

本发明的目的在于利用氨基功能化离子液体和四丁基溴化铵的协同效应，实现在低温低压等温和条件下将CO₂高效催化转化成环状碳酸酯。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种在温和条件下将CO₂转化为环状碳酸酯的催化剂，由氨基功能化离子液体和四丁基溴化铵（TBAB）进行物理混合，以此二元组份混合物作为催化剂；所述氨基功能化离子液体为1-(3-氨丙基)-3-甲基咪唑氯化物（Mim-NH₂）。

其中，加入助催剂，助催剂和活性组分之间可发生协同作用，则有望显著提高催化活性，从而降低能耗。四丁基溴化铵对环氧化合物具有较高的活化作用，可在CO₂和环氧化合物的环加成反应中起到助催化作用。

所述氨基功能化离子液体和四丁基溴化铵的摩尔比为1:0.5~2。

上述的二元体系催化剂的结构式为：

上述催化剂的制备方法如下：