[发明专利]羧酸/金属卤化物复合催化CO2

说明书

本发明公开了一种羧酸/金属卤化物复合催化CO₂与环氧化物环加成制备环状碳酸酯的方法，在反应温度60～90℃、CO₂压力0.2～1MPa的条件下催化合成环状碳酸酯，具有催化效率高、条件温和、产率高、选择性高、无需加入任何溶剂、适用范围广等特点。该催化剂体系价格便宜易得，能够高效利用CO₂气体，对减少碳排放缓解生态环境危机具有实际意义，有希望成为CO₂与环氧化物环加成制备环状碳酸酯反应工业化生产的下一代催化剂。

技术领域

本发明属于环状碳酸酯的制备技术领域，具体涉及一种羧酸/金属卤化物廉价复合催化剂在温和的反应条件下高效催化CO₂与环氧化物环加成制备环状碳酸酯的方法。

背景技术

CO₂的过度排放，已导致酸雨、海平面升高、全球变暖等严重的生态环境问题。不仅威胁人类生存，而且还严重影响经济发展。为此，中国政府于2020年9月22日在第七十五届联合国大会上提出2060年前实现“碳中和”的宏伟目标，这为大规模碳减排技术的开发和利用提出了更高的要求。

如何解决CO₂过度排放问题，已受到越来越多政府和组织的关注。CO₂的用途较为广泛，可作为气肥、灭火器等，更重要的是，它还是一种用于有机合成的可再生、无毒、无害的C1原料。开发有效的化学过程以提高CO₂的利用率和产物的附加值是实现大规模减排的关键。CO₂与环氧化物的环加成反应，是一种高效的CO₂固化方法，原子利用率达100％，能合成高附加值的环状碳酸酯。

环状碳酸酯是一种用途广泛的化工原料，可作为溶剂，应用于清洗、脱漆、脱脂，以及锂电池电解质等方面；也可作为化学合成的反应物，为有毒和/或挥发性化合物如光气和氰酸盐，提供一种更环保的替代品(Green Chem.,2019,21,417)。

CO₂与环氧化物环加成反应对减少碳排放缓解生态环境危机具有重要意义。近几十年来，该反应的研究尤其是新型催化剂的开发吸引了越来越多研究者的注意。截止目前，离子液体、金属席夫(salen)配合物、高聚物、金属卤化物、金属有机框架材料等催化体系被大量报道(ACS Sustain.Chem.Eng.,2017,5,3081；Green Chem.,2016,18,226；J.CO₂Util.,2018,24,174；Ind.Eng.Chem.Res.,2020,59,8136；J.Mater.Chem.A,2019,7,14825)。但是这些催化剂都或多或少的存在制备成本高、反应条件苛刻、催化效率低等难题。因此开发一种价格低廉、催化条件温和、催化效率高、选择性高的绿色环保催化剂显得十分重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用廉价的高效复合催化剂羧酸和金属卤化物，在相对温和的条件下，高效、环保地实现CO₂与环氧化物环加成生成环状碳酸酯的方法。

针对上述目的，本发明采用的技术方案是：将环氧化物、羧酸和金属卤化物装入高压反应釜中，并将高压反应釜加热至60～90℃，再向高压反应釜内一次性充入0.2～1MPa的CO₂气体或持续充入0.2～1MPa的CO₂气体，恒温搅拌反应10分钟～5小时。

上述的环氧化物为环氧丙烷、环氧氯丙烷、环氧丁烷、氧化苯乙烯、正丁基缩水甘油醚、环氧环己烷中任意一种。

上述的羧酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等任意一种有机羧酸。

上述的金属卤化物为碘化钾、氯化钾、溴化钾、碘化钠、碘化锌、溴化镁、溴化钙中任意一种。

上述方法中，所述环氧化物与羧酸、金属卤化物的摩尔比1:0.01～0.2:0.01～0.2，优选环氧化物与羧酸、金属卤化物的摩尔比1:0.05～0.1:0.05～0.1。