[发明专利]一种离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物及其制备方法与应用，其化学结构式如式3所示；制备方法包括如下步骤：(1)以式1所示的三苯基吡喃盐离子单体TPPyr为原料通过Friedel‑Crafts反应，自聚合成了吡喃盐离子型多孔超交联聚合物Pyr‑iHCP；(2)通过式2所示的氨基功能化咪唑盐离子液体IL:[APMIm]Br对Pyr‑iHCP进行后修饰，嫁接离子单体功能基团得到咪唑‑吡啶盐离子型多孔超交联聚合物Im‑Py‑iHCP。本发明制备工艺所需反应条件温和、反应时间短，所用设备简单，将所制备得到的聚合物用于在环氧化合物与COsubgt;2/subgt;环加成反应中，可具有优异的催化活性。

技术领域

本发明涉及新型功能化有机多孔聚合物制备技术领域，具体涉及一种离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

目前，能源需求在很大程度上仍然依赖于煤炭、石油和天然气等化石燃料。然而，化石燃料的大量消耗会造成二氧化碳(CO₂)的过度排放，进而会导致严重的气候和环境问题，如温室效应、全球变暖和频发的极端天气。在“碳达峰、碳中和”双碳目标下，人们已经开发了许多技术用于CO₂捕获和高效利用，包括CO₂捕集与封存(CCS)和CO₂捕集和利用(CCU)。由于捕获过程的高成本以及长期储存相关的安全问题，CCS的实际应用受到阻碍。在碳中和和循环经济的背景下，CCU技术利用捕集的CO₂作为碳一(C1)原料进而转化为高附加值的化学品和燃料，受到人们广泛的关注。CO₂与环氧化合物通过环加成反应转化为高附加值的环状碳酸酯是实现催化CO₂固定的最有效的途径之一。目前，人们已经开发了许多均相和多相催化剂用于CO₂转化。一般来说，均相催化剂(比如离子液体IL)是高效的，但是存在催化剂回收以及产物分离困难的缺陷。相对而言，多相催化剂可以解决这些问题，但大多数多相催化体系常需要高温高压的苛刻反应条件。因此，构建绿色高效的IL衍生的多相催化剂，在常压温和条件下，实现对CO₂的高效转化是非常重要的研究课题。

多孔有机聚合物(POPs)具有高的表面积、可调节的化学功能和优异的化学稳定性，在CO₂捕集和转化中受到越来越多的关注。POPs的这些优异特征在多相催化反应中，不仅可以提高催化剂对CO₂的吸附能力，而且可以有效促进环氧底物的传质。多孔超交联有机聚合物(HCPs)作为POPs中一个重要的分支，其具有制备简便、成本低、起始原料易得等优点。采用Friedel-Crafts反应直接合成HCPs，既不需要贵金属偶联催化剂，也不需要具有特定功能化构筑单元。HCPs具有高度交联的有机骨架和窄分布的微孔结构，以提供大的表面积和孔体积，这些特点都有利于CO₂捕获和转化。虽然，目前已经报道金属基HCPs催化剂被报道用于CO₂环加成反应。然而，中性未修饰的HCPs和金属基HCPs催化剂缺少有效卤素阴离子催化活性位点，需要添加额外的助催化剂(比如TBAB)或者高温高压苛刻的反应条件才能获得较好的催化活性。最近的研究发现，离子液体(IL)被认为是CO₂环加成反应中最有效的活性位点之一。因此，可以直接通过将这类IL固载到HCPs的框架上不仅简化了合成步骤，可以同时实现均相催化剂的高催化活性和多相催化剂的循环使用性。然而，关于IL衍生的离子型HCPs(iHCPs)的例子仍然非常有限，到目前为止很少被直接合成。一个很大的困难来自于离子液体单元中阳离子的强电子吸收性质，这将阻碍离子液体和交联剂之间的Friedel-Crafts反应。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子液体功能化离子型多孔超交联聚合物及其制备方法与应用，该方法制备工艺所需反应条件温和、反应时间短，所用设备简单，将所制备得到的聚合物用于在环氧化合物与CO₂环加成反应中，可具有优异的催化活性。