[发明专利]可催化工业废气中CO2

说明书

本发明公开了一种可催化工业废气中COsubgt;2/subgt;转化为噁唑烷酮的铜基N‑杂环卡宾多孔聚合物及制备方法与应用，制备方法包括合成多孔有机聚合物单体，简称为NHC‑1单体；合成NHC‑1聚合物；制备Cu@NHC‑1催化剂：将NHC‑1聚合物加入碱性溶液中，搅拌5‑12h后过滤，用去离子水冲洗滤渣，至冲洗后的水的pH值变为中性，真空干燥滤渣后获得碱改性的NHC‑1聚合物；将碱改性的NHC‑1聚合物加入醋酸铜溶液中，搅拌1‑4h，去离子水冲洗至少3遍，在室温下真空干燥得到Cu@NHC‑1。这种Cu@NHC‑1催化剂具有三协同效应；本发明的制备方法通过简单地共聚合成了具有多孔结构的有机聚合物；Cu@NHC‑1催化剂可在温和条件下将石灰窑废气中的COsubgt;2/subgt;直接转化为增值化学品。

技术领域

本发明涉及多孔聚合物催化剂领域，涉及多孔聚合物催化剂的制备及应用，具体是一种可催化工业废气中CO₂转化为噁唑烷酮的铜基N-杂环卡宾多孔聚合物及制备方法与应用。

背景技术

工业废气排放增加是大气CO₂含量增加的主要原因之一。因此，将二氧化碳直接化学转化为增值化学品已成为研究热点。

目前已有多种转化方法被报道，但由于CO₂的热力学稳定性和化学惰性，大多数反应的条件都较为苛刻，如需要贵金属催化剂、高压、高温和助催化剂等。因此，二氧化碳，特别是低浓度二氧化碳的直接利用和绿色转化仍然具有很大的挑战性。事实证明，将工业废气中的低浓度二氧化碳直接转化为增值化学品将成为降低大气中二氧化碳含量的最有效手段之一。

发明内容

本发明的目的是针对上述情况，提供一种可催化工业废气中CO₂转化为噁唑烷酮的铜基N-杂环卡宾多孔聚合物及制备方法与应用，这种铜基N-杂环卡宾多孔聚合物催化剂具有三协同效应，N-杂环卡宾多孔聚合物(NHC-1)作为多孔材料能有效吸附和富集CO₂；N-杂环卡宾多孔聚合物(NHC-1)中所含的N元素可以有效活化CO₂；铜金属可以激活炔丙胺中的C≡C键，促进炔丙胺与CO₂反应的顺利进行；这种制备方法通过简单地共聚合成了具有多孔结构的有机聚合物；在水相条件下将铜负载到多孔有机聚合物上得到具有三协同效应的铜基N-杂环卡宾多孔聚合物(Cu@NHC-1)；可在温和条件下将石灰窑废气中的CO₂直接转化为增值化学品。

实现本发明目的的技术方案是：

一种可催化工业废气中CO₂转化为噁唑烷酮的铜基N-杂环卡宾多孔聚合物，其结构式为：

结构式中的“*”表示重复出现的聚合单元。

可催化工业废气中CO₂转化为噁唑烷酮的铜基N-杂环卡宾多孔聚合物的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，合成多孔有机聚合物单体，简称为NHC-1单体：

在甲苯中加入1,2-二溴乙烷和1-乙烯基咪唑，在90-110℃温度下搅拌至不再有新的固体生成后，冷却至室温；沉淀经过滤收集，用乙酸乙酯洗涤几次，真空干燥得到NHC-1单体；

步骤二，合成NHC-1聚合物：

将NHC-1单体、二乙烯基苯(DVB)和偶氮二异丁腈(AIBN)溶于二甲亚砜(DMSO)和适量甲醇中，在25-50℃下溶解后转移至于特氟龙高压反应釜中80-120℃下聚合12-48h后，用乙酸乙酯、水和甲醇洗涤，真空干燥得到NHC-1聚合物；

步骤三，制备铜基N-杂环卡宾多孔聚合物(Cu@NHC-1)：