[发明专利]一种用于合成环状碳酸酯的催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于合成环状碳酸酯的催化剂及其制备方法，该方法以氧化石墨烯为载体，以乙醇为溶剂，在80‑120℃条件下将阴离子为卤离子的离子液体和3‑氨丙基三甲氧基硅烷一步嫁接于氧化石墨烯表面。该方法操作简单，催化剂重复使用性能好，产品后处理简单，生产成本低。该催化剂对环氧化合物与CO₂环加成合成环状碳酸酯的反应有很好的催化性能。

技术领域

本发明涉及固体催化剂的制备领域，特别涉及一种用于CO₂与环氧化合环加成反应制备环状碳酸酯的催化剂及其制备方法。

背景技术

CO₂的捕集与封存是降低大气中CO₂含量的有效方法，然而，该方法成本较高且存储空间有限；降低大气中CO₂含量的另一方法是CO₂的资源化利用，CO₂可用于制备多种有价值的化合物，例如，将CH₄干重整转化制合成气、CO₂加氢制烃以及CO₂与环氧化合物环加成反应合成环状碳酸酯。尤其是CO₂与环氧化合物环加成合成环状碳酸酯，该过程原子利用率高、副产物少，较为绿色环保，而产物环状碳酸酯的应用广泛，如极性溶剂、生产聚碳酸酯的前体、锂离子电池的电解液以及合成药物和精细化学品的中间体等等。

迄今为止，研究人员已经开发出了许多用于CO₂环加成反应的催化剂，包括金属盐，金属氧化物，季铵(磷)盐和离子液体。非均相催化剂，例如金属氧化物单独使用时选择性不高，需要加入溶剂或助催化剂，对反应条件的要求也比较苛刻；均相催化剂中，金属盐催化剂与季铵(磷)盐催化剂一般还需加入助催化剂，例如亲核试剂或氢键供体试剂以增强催化活性，并且季铵(磷)盐催化剂的复用性一般。离子液体作为已报道的最有活性的用于合成环状碳酸酯的均相催化剂，对反应条件要求相对较低，无需助催化剂与溶剂辅助，不含金属，其不足之处是固有的均相特性使其与产物相溶，需要借助减压蒸馏来分离，回收困难，导致成本上升。

综上所述，寻找一种方法简单、成本低的非均相催化剂用于二氧化碳的环加成反应具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前CO₂环加成反应非均相催化剂制备过程中复杂、效果差等缺陷。提供一种用于二氧化碳与环氧化合物进行环加成反应的非均相催化剂及其制备方法，该方法过程简单、成本低、活性高，且重复使用性能好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于合成环状碳酸酯的催化剂，其结构式如下所示：

其中X^-为Cl^-、Br^-或I。

该固载型离子液体催化剂的具体制备方法如下：

(1)将氧化石墨烯加入无水乙醇中，其中氧化石墨烯与乙醇的质量比为1:100-1:300，超声处理30-90分钟；

(2)向上述反应体系中加入离子液体和3-氨丙基三甲氧基硅烷，并在80-120℃反应12-24小时；

离子液体的结构式如下所示：

其中X^-为Cl^-、Br^-或I^-；

其中离子液体与氧化石墨烯的质量比为1:5～1:10；3-氨丙基三甲氧基硅烷与离子液体的质量比为2:1～1:2；

(3)反应结束后经离心分离，用无水乙醇洗涤，干燥即可获得所需的催化剂。

本发明所述的氧化石墨烯是按照以下方法制备的：