[发明专利]硅烷偶联分子筛与复盐离子液体的固载化催化剂

说明书

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种硅烷偶联分子筛与复盐离子液体的固载化催化剂的制备方法。首先将等质量的分子筛与硅烷在甲苯溶剂中110℃条件下反应24 h后，旋蒸去除甲苯溶剂，并将样品置入真空干燥箱干燥12h得硅烷分子筛；再将功能化离子液体与lewis酸反应，制备复盐离子液体，并将其与硅烷分子筛混合，在乙腈溶剂中反应24 h后旋蒸去除乙腈，所得样品采用二氯甲烷索氏提取24 h，再置入真空干燥箱干燥8 h后得目标产物硅烷偶联分子筛/复盐离子液体固载化催化剂。最后将此固载化催化剂与微量硅溶胶、田菁粉等共混，利用催化剂成型挤出装置制备催化剂样条，100℃干燥10 h后用于固定床连续催化转化CO2和环氧丙烷，合成高纯度的碳酸丙烯酯产品。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种硅烷偶联分子筛与复盐离子液体的固载化催化剂的制备方法，特别涉及一种通过连续催化二氧化碳与环氧丙烷环加成反应制备碳酸丙烯酯所用催化剂。

背景技术

环氧烷烃是烯烃下游的第二大产业链，其工业化生产过程的副产物主要是CO2，每生产1吨环氧化物约产生200～300千克CO2。研究表明，将CO2与环氧化合物进行羰基化偶联反应制备环状碳酸酯是一个符合“绿色可持续发展”原则的反应，不仅是实现节能减排和低碳经济发展的有效途径，还开辟了一条非石油原料的新路线，生成的环状碳酸酯有着重要的应用价值。目前，我国工业生产环状碳酸酯多采用季铵盐类催化剂，该类催化剂催化活性较高，选择性较好，但反应温度高，压力大，催化剂用量大，不可循环使用，且反应后催化剂的处理也给环境带来压力。近年来，离子液体以其特有的优异性能而广泛应用到有机合成、生物质溶解、反应催化、复合材料制备等诸多领域，其中离子液体用作新催化体系的研究报道屡见不鲜。2001年彭家建和邓友全首次把离子液体用于催化CO2与环氧丙烷的环加成反应。2004年，夏春谷研究组用[BMIM]Cl催化环氧丙烷与CO2合成碳酸丙烯酯，结果表明单独使用[BMIM]Cl催化效果不是很理想，需要添加ZnCl2等辅助催化剂才能达到较理想效果。张锁江研究组报道了四种带有羟基功能基团的小分子离子液体用以催化环氧丙烷与CO2的反应，结果表明，该功能化离子液体在125 ℃，压力为2.0 MPa左右的温和条件下即可完成催化过程。2005年，中国科学院兰州化学物理研究所与中石油辽阳石化分公司联合开展了离子液体催化环氧丙烷与CO2合成碳酸丙烯酯，并实现200升规模的中试放大试验。以上研究说明了离子液体在催化转化二氧化碳领域存在着极大的优势，但这些研究都局限于釜式催化的间断反应，势必存在着离子液体催化剂的分离与纯化问题，同时离子液体本身的液体状态及其高粘度特点也限制了其在CO2催化转化的工业化应用。近年来，一种基于离子液体固载化催化剂的结构设计理念在解决该问题上获得重大突破，并日益受到研究者的广泛关注。湖南大学尹双凤课题组将3-(2-羟乙基)-1-丙基咪唑溴化物离子液体固载到SBA-15、Al- SBA-15及SiO2上，在120 ℃、2.0 MPa条件下釜式催化CO2合成碳酸丙烯酯，其首次催化效果很理想，循环使用3次后产率显著下降，这是因为离子液体结构脱落导致活性组分流失所致。张锁江课题组将咪唑离子液体嫁接到壳聚糖载体上，釜式催化CO2合成碳酸丙烯酯表现出很好的催化性能。海南大学熊春荣课题组将离子液体固载到椰子壳活性炭载体上，用以连续催化CO2合成氯丙烯碳酸酯，当反应到50 h时催化性能开始下降。韩国Seo课题组将离子液体固载到聚苯乙烯大分子链上，釜式催化CO2与氧化苯乙烯，其转化率高达100%，产率91%，但循环催化5次后，催化性能下降。这些研究说明了固载化离子液体在催化过程中容易出现活性组分逐渐流失的现象，其根源是固载后的催化剂分子间作用力小，多相催化过程中容易断键而导致失活。这一方面是因为离子液体以物理吸附方式负载，另一方面是因为化学负载的键能小。因此，如何实现离子液体与载体之间高能化学键合，保证固载化离子液体持续保有活性组分是实现二氧化碳连续反应进行资源转化的关键问题。

发明内容