[发明专利]一种化学固定二氧化碳制备五元环状碳酸酯的方法

说明书

本发明公开了一种化学固定二氧化碳制备五元环状碳酸酯的方法，在二氧化碳存在下，在有机相中，于密闭的高压釜内，以N‑杂环卡宾银（CNT/GN‑NHC‑Ag）为催化剂，催化炔丙醇转化成五元环状碳酸酯，反应时间为4~28h；反应温度为20~100℃；反应压强为0.1~5MPa；催化剂的用量与炔丙醇的质量比为60~100:45，催化剂的银负载量为5%~12%。本发明反应条件相对温和，易于实现，经济环保，原子利用率高，催化效率高，最优的转化率可达到99.9%，其选择性能达到100%。

技术领域

本发明涉及一种化学固定二氧化碳制备五元环状碳酸酯的方法。

背景技术

在过去几十年里，CO₂排放量的增多是导致全球变暖的主要原因，鉴于此，固定CO₂显得至关重要。固定二氧化碳方法有多种，其中包括：膜分离、表面吸附、有机金属试剂催化、金属有机骨架和离子液体法等。随着化石燃料的过多消耗以及对环境影响，开发新能源也迫在眉睫，二氧化碳作为有吸引力的C1结构单元，其丰富、廉价、无毒性及不可燃性等优势备受关注。因此，充分固定CO₂将其转化为实用的化学品成为探索和研究的方向。目前，研究相对比较多的是炔丙醇与CO₂反应或者环氧类物质与CO₂反应生成五元碳酸酯类物质，原因在于五元环状碳酸酯具有极好的光学性能，电绝缘性能，合成成本低，环保等多种优点。此外，环状碳酸酯也是性能优良的高沸点、高极性非质子溶剂，在有机合成、气体分离、化妆品、金属萃取及电池介质等领域有广泛的应用，环状碳酸酯也是很有用的聚合材料的前体，更重要的是其生成的聚合材料也利于降解，这对环保奠定了良好的基础。

1989年，JeanFoumler，ChristianBrunaau和PierreH.Dixneuf通过利用PBu₃作为催化剂，2-甲基-3-丁炔-2醇作为反应底物，反应温度为100℃，CO₂反应压力为5MPa,反应时间为8h,其收率为98%，该反应优点在于反应时间相对较短，反应收率高。缺点在于该反应反应压力偏高，反应温度不太温和，催化剂相对用量偏大，PBu₃常温下为液体不能回收，对空气和湿度敏感需要充氩保存，此外该催化剂价格相对昂贵，最终导致利用该方法制备环状碳酸酯有很多局限性，不能得到应用。有关炔丙醇催化环化反应，已有不少人做了深入的研究，但是大多数的催化体系还普遍存在本身不够稳定，催化活性不高，催化剂不能回收利用，制备过程需要有毒溶剂和反应条件苛刻等诸多问题。

发明内容

本发明旨在利用碳纳米管与石墨烯作为载体的稳定性、高比表面积与良好的导电性能及N-杂环卡宾银具有较高的催化活性和稳定性，通过载体与N-杂环卡宾配合物的嫁接进而提供一种节能、环保、高效的催化炔丙醇制备五元环状碳酸酯的方法，便于回收催化剂。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：一种化学固定二氧化碳制备五元环状碳酸酯的方法，在二氧化碳存在下，在有机相中，于密闭的高压釜内，以碳纳米管或石墨烯为载体接枝的N-杂环卡宾银（CNT/GN-NHC-Ag）为催化剂，催化炔丙醇转化成五元环状碳酸酯，反应时间为4~28h；反应温度为20~100℃；反应压强为0.1~5MPa；所述催化剂的用量与炔丙醇的质量比为60~100 : 45，所述催化剂的银负载量为5%~12%。

优选的，上述化学固定二氧化碳制备环状碳酸酯的方法，在二氧化碳存在下，在有机相中，于密闭的高压釜内，以石墨烯为载体接枝的N-杂环卡宾银为催化剂，催化炔丙醇转化成五元环状碳酸酯，反应时间为24h；反应温度为80℃；反应压强为3MPa；所述催化剂的用量与炔丙醇的质量比为80:45，所述催化剂的银负载量为9.75%。