一种使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法

1.本发明涉及一种使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，属于催化化学领域。


背景技术：

2.二氧化碳是造成全球气候变暖的主要气体，随着钢铁、电力、化工行业的发展，二氧化碳排放量逐渐升高，造成全球气候变暖、温室效应加剧等问题。二氧化碳排放量升高还会引起海平面上升，冰川融化，威胁野生动物的生存，甚至影响生态系统的平衡。传统转化二氧化碳的技术存在成本高，反应条件苛刻等缺点，因此，如何绿色温和转化二氧化碳成为21世纪亟待解决的问题。
3.二氧化碳可以用来合成碳酸酯类化合物，其中，二氧化碳在在催化剂的作用下与环氧化物反应生成碳酸酯类化合物，碳酸酯类化合物可用于电化学、光气替代品、防腐剂等多个领域，使用二氧化碳进行碳酸酯类化合物的反应制备是消耗转化二氧化碳的一个较为理想的方法。
4.传统的制备碳酸酯的方法采用醇或酚类与光气反应，光气毒性很高。现有技术中出现了使用离子液体进行碳酸酯类化合物的合成催化，如cn201910343393.9公开的一种低共熔离子液体催化二氧化碳合成环状碳酸酯的方法，即使用低共熔离子液体进行碳酸酯类化合物的合成催化，但是此类技术方案中，低共熔离子液体与产物不易分离、低共熔离子液体的共熔结构容易被破坏且低共熔离子液体循环使用较为困难。


技术实现要素：

5.本发明提供一种使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，离子液体与产物易分离，结构稳定可进行循环利用，且条件温和、绿色高效、成本低廉且原子利用率高，具有很高的实际应用价值。
6.为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是，一种使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，其特征在于：使用离子液体作为催化剂，对二氧化碳与环氧化合物合成碳酸酯的合成反应进行催化；离子液体为阳离子对应的氢氧化物和阴离子对应的酸混合反应得到；
7.离子液体的阳离子结构式如下：
[0008][0009]
离子液体的阴离子结构式如下：
[0010][0011]
优化的，上述使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，环氧化合物含有不同的取代基；含有不同取代基的环氧化合物的结构式如下：
[0012][0013]
优化的，上述使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，离子液体为柠嗪酸与四丁基氢氧化磷混合反应然后在80摄氏度干燥48小时所得，或者离子液体为2-羟基-4-吡啶甲酸与四丁基氢氧化磷混合反应然后在80摄氏度干燥48小时所得。
[0014]
优化的，上述使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，离子液体在制备时是将阳离子对应的氢氧化物和阴离子对应的酸按摩尔比搅拌混合；在搅拌混合时，温度在30至90摄氏度之间，搅拌混合时间为10小时。
[0015]
优化的，上述使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，离子液体与环氧化物的摩尔比为10毫摩尔:1毫摩尔至10毫摩尔:2毫摩尔。
[0016]
优化的，上述使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，环氧化合物和二氧化碳催化转化为碳酸酯的反应在恒温磁力搅拌的条件下进行。
[0017]
优化的，上述使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，离子液体将环氧化合物和二氧化碳催化转化为碳酸酯的反应时间为24小时。
[0018]
优化的，上述使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，离子液体将环氧化合物和二氧化碳催化转化为碳酸酯的反应中，所用的反应底物为环氧乙烷、环氧丙烷、环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、环氧癸烷、2-苯基环氧丙烷、环氧环己烷中的任意一种。
[0019]
优化的，上述使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，离子液体将环氧化合物和二氧化碳催化转化为碳酸酯的反应在常温常压下进行。
[0020]
本技术的技术方案中，此方法能弥补当前二氧化碳转化技术的缺点，离子液体与产物易分离，增加可操作性，有利于实际推广。且离子液体的稳定性高，不易破坏，可以进行循环利用，成本低廉且利用率高。并且本技术的方案条件温和绿色高效。
具体实施方式
[0021]
下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。
[0022]
实施例1
[0023]
本发明提供一种离子型液体催化转化二氧化碳的方法，其中，含有不同取代基的环氧化物与二氧化碳反应生成碳酸酯的反应方程式如下：
[0024][0025]
在此实施例中，反应的具体步骤为：
[0026]
1)将阳离子对应的氢氧化物和阴离子对应的酸按摩尔比在一定条件下搅拌混合后干燥，得到离子液体；
[0027]
2)将步骤1)制备的离子液体在一定条件下催化转化二氧化碳；
[0028]
3)取步骤2)生成的碳酸类化合物核磁定量分析法得出催化转化效率。
[0029]
更具体的为：
[0030]
步骤1)中，将摩尔比为1:3的柠嗪酸和四丁基氢氧化磷加入到反应瓶中密封后、在50摄氏度下混合搅拌10小时后形成四丁基磷柠嗪酸型离子液体与水的混合物。
[0031]
将该离子液体与水的混合物，用真空干燥箱在80摄氏度干燥48小时得到含纯净的四丁基磷柠嗪酸型离子液体。
[0032]
步骤2)中，在史莱克玻璃三通管中加入10毫摩尔1，环氧氯丙烷和1毫摩尔上述柠嗪酸型离子液体及磁子，在史莱克三通管一端接用循环水式多用真空泵洗气3次，充入0.1mpa二氧化碳，在常温和1000转/分钟的磁力搅拌条件下反应24小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢放空未反应的二氧化碳。
[0033]
步骤3)中，采用核磁定量分析法得出催化转化效率为90％。
[0034]
实施例2
[0035]
此实施例的具体步骤包括：
[0036]
步骤1)中，将摩尔比为1:3的柠嗪酸和四丁基氢氧化磷加入到反应瓶中密封后、在50摄氏度下混合搅拌10小时后形成四丁基磷柠嗪酸型离子液体与水的混合物。
[0037]
将该离子液体与水的混合物，用真空干燥箱在80摄氏度干燥48小时得到纯净的四丁基磷柠嗪盐离子液体。
[0038]
步骤2)中，在史莱克玻璃三通管中加入10毫摩尔1，环氧氯丙烷和1毫摩尔上述柠嗪酸型离子液体及磁子，在史莱克三通管一端接用循环水式多用真空泵洗气3次，充入0.1mpa二氧化碳，在常温和1000转/分钟的磁力搅拌条件下反应24小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢放空未反应的二氧化碳。
[0039]
步骤3)中，采用核磁定量分析法得出催化转化效率为94％。
[0040]
实施例3
[0041]
此实施例的具体步骤包括：
[0042]
步骤1)中，将摩尔比为1:3的2-羟基-4-吡啶甲酸和四丁基氢氧化磷加入到反应瓶中密封后、在50摄氏度下混合搅拌10小时后形成四丁基磷柠嗪酸型离子液体与水的混合物。
[0043]
将该离子液体与水的混合物，用真空干燥箱在80摄氏度干燥48小时得到纯净的四丁基磷柠嗪盐离子液体。
[0044]
步骤2)中，在史莱克玻璃三通管中加入10毫摩尔1，环氧氯丙烷和1毫摩尔上述柠嗪酸型离子液体及磁子，在史莱克三通管一端接用循环水式多用真空泵洗气3次，充入0.1mpa二氧化碳，在常温和1000转/分钟的磁力搅拌条件下反应24小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢放空未反应的二氧化碳。
[0045]
步骤3)中，采用核磁定量分析法得出催化转化效率为84％。
[0046]
实施例4
[0047]
此实施例的具体步骤包括：
[0048]
步骤1)中，将摩尔比为1:3的2-羟基-4-吡啶甲酸和四丁基氢氧化磷水溶液加入到反应瓶中密封后、在50摄氏度下混合搅拌10小时后形成四丁基磷柠嗪酸型离子液体与水的混合物。
[0049]
将该离子液体与水的混合物，用真空干燥箱在80摄氏度干燥48小时得到纯净的四丁基磷柠嗪盐离子液体。
[0050]
步骤2)中，在史莱克玻璃三通管中加入10毫摩尔1，环氧溴丙烷和1毫摩尔上述柠嗪酸型离子液体及磁子，在史莱克三通管一端接用循环水式多用真空泵洗气3次，充入0.1mpa二氧化碳，在常温和1000转/分钟的磁力搅拌条件下反应24小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢放空未反应的二氧化碳。
[0051]
步骤3)中，采用核磁定量分析法得出催化转化效率为82％。
[0052]
实施例5
[0053]
此实施例的具体步骤包括：
[0054]
步骤1)中，将摩尔比为1:3的柠嗪酸和四丁基氢氧化磷水溶液加入到反应瓶中密封后、在50摄氏度下混合搅拌10小时后形成四丁基磷柠嗪酸型离子液体与水的混合物。
[0055]
将该离子液体与水的混合物，用真空干燥箱在80摄氏度干燥48小时得到纯净的四丁基磷柠嗪盐离子液体。
[0056]
步骤2)中，在史莱克玻璃三通管中加入10毫摩尔环氧氯丙烷和2毫摩尔上述柠嗪酸型离子液体及磁子，在史莱克三通管一端接用循环水式多用真空泵洗气3次，充入0.1mpa二氧化碳，在常温和1000转/分钟的磁力搅拌条件下反应24小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢放空未反应的二氧化碳。
[0057]
步骤3)中，采用核磁定量分析法得出催化转化效率为96％。
[0058]
实施例6
[0059]
此实施例的具体步骤包括：
[0060]
步骤1)中，将摩尔比为1:3的柠嗪酸和四丁基氢氧化磷水溶液加入到反应瓶中密封后、在50摄氏度下混合搅拌10小时后形成四丁基磷柠嗪酸型离子液体与水的混合物。
[0061]
将该离子液体与水的混合物，用真空干燥箱在80摄氏度干燥48小时得到纯净的四丁基磷柠嗪盐离子液体。
[0062]
步骤2)中，在史莱克玻璃三通管中加入10毫摩尔环氧溴丙烷和2毫摩尔上述柠嗪酸型离子液体及磁子，在史莱克三通管一端接用循环水式多用真空泵洗气3次，充入0.1mpa二氧化碳，在常温和1000转/分钟的磁力搅拌条件下反应24小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢放空未反应的二氧化碳。
[0063]
步骤3)中，采用核磁定量分析法得出催化转化效率为98％。
[0064]
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，其特征在于：使用离子液体作为催化剂，对二氧化碳与环氧化合物合成碳酸酯的合成反应进行催化；离子液体为阳离子对应的氢氧化物和阴离子对应的酸混合反应得到；离子液体的阳离子结构式如下：离子液体的阴离子结构式如下：2.根据权利要求1所述的使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，其特征在于：所述环氧化合物含有不同的取代基；含有不同取代基的环氧化合物的结构式如下：3.根据权利要求1所述的使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，其特征在于：所述离子液体为柠嗪酸与四丁基氢氧化磷混合反应然后在80摄氏度干燥48小时所得，或者离子液体为2-羟基-4-吡啶甲酸与四丁基氢氧化磷混合反应然后在80摄氏度干燥48小时所得。4.根据权利要求1所述的使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，其特征在于：离子液体在制备时是将阳离子对应的氢氧化物和阴离子对应的酸按摩尔比搅拌混合；在搅拌混合时，温度在30至90摄氏度之间，搅拌混合时间为10小时。5.根据权利要求1所述的使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，其特征在于：离子液体与环氧化物的摩尔比为10毫摩尔:1毫摩尔至10毫摩尔:2毫摩尔。6.根据权利要求1所述的使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，其特征在于：环氧化合物和二氧化碳催化转化为碳酸酯的反应在恒温磁力搅拌的条件下进行。7.根据权利要求1所述的使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，其特征在于：离子液体将环氧化合物和二氧化碳催化转化为碳酸酯的反应时间为24小时。8.根据权利要求1所述的使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，其特征在于：离子
液体将环氧化合物和二氧化碳催化转化为碳酸酯的反应中，所用的反应底物为环氧乙烷、环氧丙烷、环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、环氧癸烷、2-苯基环氧丙烷、环氧环己烷中的任意一种。9.根据权利要求1所述的使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，其特征在于：离子液体将环氧化合物和二氧化碳催化转化为碳酸酯的反应在常温常压下进行。

技术总结
本申请公开了一种使用离子型液体催化转化二氧化碳的方法，属于催化化学领域，解决了现有技术中存在的转化效率低、环境友好度差、毒性高的问题。本申请的技术方案包括，使用离子液体作为催化剂，对二氧化碳与环氧化合物合成碳酸酯的合成反应进行催化；离子液体由一种阳离子和一种阴离子组成，其阴阳离子结构式如下：本发明的优点在于它能克服现有技术的弊端，条件温和、绿色高效、成本低廉且原子利用率高，具有很高的实际应用价值。实际应用价值。


技术研发人员：陈钰 袁盛华 贲梓欣 段耀廷 李宇婷 郭雨婷 孙海洋 常艺 张艺轩 韩静茹
受保护的技术使用者：廊坊师范学院
技术研发日：2023.01.16
技术公布日：2023/8/4