[发明专利]一种用于CO2

说明书

本发明属于多相催化领域，一种用于CO₂和环氧化物环加成反应的催化剂，为金属氧化物和氮化碳的复合催化剂，其中金属氧化物和氮化碳的质量比为100:5～3。本发明还涉及该催化剂的制备方法和应用。本发明催化剂制备过程绿色、易于放大制备，同时反应过程不使用溶剂和助催化剂，不存在催化剂和产物分离问题，尤其重要的是本发明催化剂具有较高的环状碳酸酯收率和较好的反应稳定性。

技术领域

本发明属于多相催化领域，涉及一种用于环氧化物和CO₂进行环加成反应生成环状碳酸酯的金属氧化物和氮化碳的复合催化剂及其制备方法和应用。

技术背景

二氧化碳（CO₂）是引起全球变暖的最主要的温室气体，全球年排放量已达数百亿吨，对其回收、固定以及资源化利用，已成为世界各国密切关注的问题。从资源化角度出发，CO₂是世界上最为丰富和廉价的碳一(C1)资源，因此，大力发展CO₂绿色化利用技术，开发绿色、高新的精细化工产业链，提高产品的附加值，具有重要的经济和环境意义。

环状碳酸酯是一种重要有机化工产品和性能优良的高沸点极性溶剂，主要用于合成碳酸二甲酯、β-羟基胺及其衍生物、碳酸亚乙烯酯、乙二醇、苯酚酯及其衍生物等。以环氧化物和 CO₂为原料通过环加成反应制备环状碳酸酯是一条环境友好且原子经济的工艺路线（Gas. Sci. Technol., 2011, 1: 142-159）。目前应用于环氧化物环加成反应的催化剂有均相催化剂和多相催化剂。均相催化剂有离子液体、季铵盐、季磷盐、膦卤化物、金属卟啉化合物等（Catal. Sci.Technol, 2014, 4, 1513; Curr. Org. Chem. 2015, 19, 681;J. Catal. 2016, 37, 826）。均相催化剂虽然具有较好的催化性能，但存在催化剂和产品分离问题。多相催化剂有负载型有机碱催化剂、负载型离子液体催化剂、高分子催化剂、金属氧化物催化剂、分子筛及其粘土类催化剂等。负载型有机碱催化剂、负载型离子液体催化剂及高分子催化剂反应性能较好，但反应过程中活性组分的流失导致催化剂稳定性较差，且该类催化剂制备过程需要用到大量有机溶剂，对环境危害较大。金属氧化物、分子筛及其粘土类催化剂制备过程简单，且具有较好的稳定性，但该类催化剂上环状碳酸酯的收率较低。因此，寻求一种活性和稳定性均较好、且制备工艺简单的环加成催化剂对于环状碳酸酯的合成非常重要。

发明内容

本发明目的是：提供一种具有高活性的金属氧化物和氮化碳的复合催化剂，应用于环氧化物和CO₂的环加成反应，解决目前非均相催化剂存在的活性低、稳定性差的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种用于CO₂和环氧化物环加成反应的催化剂，为金属氧化物和氮化碳的复合催化剂，其中金属氧化物和氮化碳的质量比为100:5、100:17.0、100:11.8、100:12.5、100:8.9、100:13.4、100:8.5、100:25.3中之一。

金属氧化物由二价金属氧化物MO、三价金属氧化物L₂O₃和四价金属氧化物ZO₂组成，其中M²⁺/（L³⁺+Z⁴⁺）的摩尔比为2～5，Z⁴⁺/L³⁺的摩尔比为0～0.5。

二价金属氧化物MO可以为氧化镁、氧化锌、氧化铜、氧化钡、氧化钙、氧化锶、氧化镍、氧化锰及中的一种或几种，三价金属氧化物L₂O₃为氧化铁、氧化铝、氧化钴、氧化铟、氧化镓、氧化镧、氧化钇中的一种或几种，四价金属氧化物ZO₂可以为氧化锆、氧化钛、氧化铈中的一种或几种。

氮化碳可以由尿素、三聚氰胺、单氰胺、双氰胺等通过热缩聚方式得到。