[发明专利]一种光引发聚合离子液体材料催化制备环状碳酸酯的方法

说明书

本发明提供了一种光引发聚合离子液体材料催化剂制备，并用于催化合成环状碳酸酯的方法。所述方法采用以咪唑基离子液体单体和甲基丙烯酸甲酯以及交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯按比例光引发聚合成离子液体材料为催化剂，该催化剂可以在催化剂用量0.05～2mol％，反应温度40～160℃，反应压力0.1～5MPa，反应时间0.5～24h，下高效催化CO₂和环氧化合物转化为环状碳酸酯，收率可达96％。相比传统催化剂，该类聚合离子液体材料催化剂运用光引发聚合的方法，制备方法简单快速，活性位点分散，催化效果优良，且易于和产物分离，原料价格便宜，具有巨大的工业化应用潜力。

技术领域

本发明属于绿色、清洁催化环状化合物技术领域，尤其是涉及一种光引发聚合离子液体材料催化剂的合成方法，以及催化制备环状碳酸酯的方法。

背景技术

在过去的几十年里，由于化石燃料的过度使用，大气中的CO₂呈指数级增长。为了解决由于CO₂的过度增加而引起的温室效应，人们开发了一些经济有效的方法。CO₂作为可再生及环境友好的C1资源，对其进行充分的资源化利用属于国内外关心的热点问题，将CO₂大规模化学转化为高商业价值产品是减少CO₂排放和缓解全球变暖的有力手段之一。在许多CO₂转化策略中，CO₂与环氧化物反应生成环状碳酸酯是转化CO₂最经济可行的方法之一。在该路线中，CO₂和环氧化物可以被100％利用。产物环状碳酸酯是一种高价值的溶剂和化工原料，广泛用于化学合成、萃取和染色领域。环状碳酸酯可以进一步与甲醇反应生成碳酸二甲酯，碳酸二甲酯是锂离子电池电解液中的重要溶剂。

目前，CO₂与环氧化物的环加成反应所用的催化剂主要包括均相催化剂与非均相催化剂两大类。其中，均相催化剂包括季膦盐类，季铵盐类，吡啶类，咪唑类离子液体，路易斯酸金属配合物等。离子液体(Ionic liquids，ILs)具有蒸气压低、毒性小、热稳定性高、结构易调节等优点，因而在催化合成环状碳酸酯方面有广泛的研究。CN107778278A公开了一种采用有机胺促进正四丁基卤化铵催化转化二氧化碳制备环状碳酸酯，反应条件温和、产率高、催化活性好。其中正四丁基卤化铵作为催化剂，有机胺作为溶剂和助催化剂，未能实现无溶剂无助催化剂。均相离子液体催化剂具有高催化活性，但与产物分离过程复杂，需要额外的分离设备，增加成本。

为简化分离，开发了一些非均相离子液体催化剂主要包括负载离子液体，限域离子液体及聚合离子液体等，CN101318949A中公开了一种利用固载离子液体催化剂催化合成环状碳酸酯的方法，其中利用了介孔分子筛作为载体，在其表面负载有咪唑类离子液体，其得到的催化剂虽然能够在较低温度和压强下催化合成环状碳酸酯，但其催化效率较低，使用寿命较短。非均相催化剂由于传质阻力等原因，催化活性相对较低。

开发出具有多孔材料的催化剂，提高催化剂比表面积，增大传质效果，且通过增加活性位点等方式进而增强催化剂的催化效果。CN109134420A中公开了一种非均相的聚合离子液体高效催化CO₂和环氧化物合成环状碳酸酯的方法。通过自由基聚合将季铵类离子液体单体合成非均相的催化剂。该类催化剂易于修饰，合成方法简易，且具有良好的活性，可以有效地催化CO₂和环氧化物合成环状碳酸酯。该催化剂易于从产物中分离，循环使用性能良好。聚合离子液体(Poly(Ionic liquid)s，PILs)兼具ILs和聚合物易制备、易改性和热稳定性高且易分离回收的特点，且无需载体、不会分解、使用寿命长等诸多优点而引起广泛关注。