[发明专利]一种氮化碳/氧化石墨烯复合材料的应用

说明书

本发明涉及一种氮化碳/氧化石墨烯复合材料的应用，该复合材料用于合成碳酸乙烯酯过程，以氧化石墨烯和二氰二胺为原料，通过简单浸渍、烘干、焙烧程序实现氮化碳/氧化石墨烯复合材料的制备，从而获得用于合成碳酸乙烯酯过程的新型固体催化剂。该方法操作简单，得到的固体催化剂在反应后经过过滤即可继续循环使用，重复使用性能好，制备成本低。将本发明制备的固体催化剂用于碳酸二甲酯与乙二醇酯交换合成碳酸乙烯酯过程，取得了很好的催化效果。

技术领域

本发明涉及氮化碳/氧化石墨烯复合材料，特别涉及一种用于碳酸二甲酯与乙二醇酯交换合成碳酸乙烯酯过程固体催化剂的制备方法。

背景技术

碳酸乙烯酯(ethylene carbonate EC)是一类重要的有机化学品，广泛用于有机合成、气体分离、电化学、高分子合成、印染、塑料等领域。碳酸乙烯酯的合成法主要有光气法、酯交换法、尿素醇解法、环氧乙烷与二氧化碳加成法。光气法由于原料中的光气剧毒，对人和环境造成严重伤害被禁用；尿素醇解法由于使用的催化剂不易分离一般不被采用；环氧化物与二氧化碳加成法虽然工艺流程短，收率高，选择性好，但操作压力高，对设备要求较高。酯交换法是目前工业生产常用的方法。

目前酯交换合成碳酸乙烯酯过程所用的催化剂大多为碱性，如NaOH、KOH、NaOCH₃、KOCH₃等，这些催化剂活性较高，但在实际应用过程中发现这类催化剂在反应液中溶解性差，易沉淀，易结垢，重复使用后活性下降很快，影响了催化剂寿命，且容易在蒸馏塔中析出，堵塞管道。并且，这些催化剂难以从产物中分离出来，这就促使人们研究高活性且易于分离的非均相催化剂。

有文献报道过几种非均相催化剂，如季胺型强碱树脂，磺酸型强酸树脂，羧酸型弱酸树脂，浸渍了碱金属、碱土金属硅酸盐的SiO₂，其中季胺型强碱树脂活性最高，这类催化剂不存在后续分离问题，但普遍活性都不高。

综上所述，寻找一种成本低廉、催化剂循环利用简单、催化活性高的合成碳酸乙烯酯固体催化剂具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前合成碳酸乙烯酯过程所用固体催化剂活性低、回收困难、成本高等缺陷。

为了解决上述问题，本发明提供一种固体催化剂制备方法，可以实现该固体催化剂在碳酸二甲酯和乙二醇反应合成碳酸乙烯酯过程中的高催化活性、高选择性，而且催化剂回收及循环利用方便，催化剂制备成本低，方法简单。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明所述的催化剂是以氧化石墨烯和二氰二胺为原料，通过浸渍、烘干、焙烧程序实现氮化碳/氧化石墨烯复合材料的制备。

作为对本发明的限定，

(1)首先将二氰二胺溶于溶剂中，溶剂可以是无离子水或乙醇，其中二氰二胺与溶剂的质量比为1:20-1:30，随后将溶液升温至30-60℃；

(2)将氧化石墨烯加入到上述溶液中，在磁力搅拌条件下保持4-6小时；

(3)将上述混合物放入水浴锅中，在60-80℃下烘干；

(4)将所得固体放入管式炉中，以氩气为载气，以5-10℃/min的速度升温到500℃，并保温1小时，即得所需的氮化碳/氧化石墨烯复合材料。

本发明所述的氧化石墨烯是按照下述方法制备的：