一種用于二氧化碳環加成反應的固載型離子液體催化劑及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種用于CO

【技術實現步驟摘要】
一種用于二氧化碳環加成反應的固載型離子液體催化劑及其制備方法
本專利技術涉及固體催化劑的制備領域，特別涉及一種用于CO2與環氧化合環加成反應制備環狀碳酸酯的固載型離子液體催化劑及其制備方法。
技術介紹
離子液體作為一種室溫有機液體物質，具有低蒸汽壓、良好的熱穩定性和化學穩定性以及對環境友好等優點，在催化領域受到廣泛關注。離子液體作為均相催化劑在眾多反應中都表現出優異的催化性能，但由于其自身存在價格高、用量大等不足，以及在生產中催化劑與產品分離困難、催化劑流失嚴重、難以循環使用等一系列因素，使其應用受到限制。因此，將離子液體固載化顯得尤為重要。這樣不僅能解決催化劑流失問題，也可使離子液體在催化領域的優勢得到充分發揮。離子液體的固載化方法大致分為浸漬法、溶膠-凝膠法、鍵合法三類。氧化石墨烯是制備固載化離子液體催化劑的優良載體。常用的方法就是通過帶硅烷基的離子液體與載體表面的羥基反應實現固載化。固載過程中往往需要在較高的操作溫度、大量的有機溶劑、較長的反應時間，而這些操作條件對于離子液體的嫁接是非常不利的。如較高的操作溫度會導致氧化石墨烯層間堆積而團聚，從而導致大量的含氧官能團不能參與嫁接反應；反應時間較長會引起較高的能耗；使用大量有機溶劑會帶來繁瑣的溶劑后處理和相關的環境污染問題，從而引起催化劑制備成本的增加。近來，有文獻報道使用水作為溶劑實現離子液體在氧化石墨烯表面的固載化，但是由于氧化石墨烯表面的羥基官能團數量較少，最終導致在嫁接過程中需要消耗大量的離子液體，而且離子液體的嫁接量也非常有限，從而使得在催化過程中催化劑用量較大，反應條件要求較高。綜上所述，尋找一種方法簡單、成本低，固載效果好的固載型離子液體催化劑用于二氧化碳的環加成反應具有重要意義。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是針對目前CO2環加成反應固載化離子液體催化劑制備過程中能耗高、效果差、污染嚴重等缺陷。提供一種用于二氧化碳與環氧化合物進行環加成反應的固載型離子液體催化劑及其制備方法，該方法可以實現離子液體在氧化石墨烯表面的快速高效固載化，且方法簡單、成本低、環保無污染。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：一種用于二氧化碳環加成反應的固載型離子液體催化劑，其結構式如下所示：其中X-為Cl-、Br-或I。該固載型離子液體催化劑的具體制備方法如下：(1)將氧化石墨烯加入到濃度為0.01mol/L-0.05mol/L稀鹽酸溶液中，磁力攪拌30分鐘，其中氧化石墨烯與稀鹽酸溶液的質量比為1:50-1:90；(2)向上述反應體系中加入離子液體，離子液體的結構式如下所示：其中R為CH3或C2H5；X-為Cl-、Br-或I-；其中離子液體與氧化石墨烯的質量比為1:5～1:10，隨后在0-20℃下磁力攪拌4-6小時；(3)反應結束后經離心分離，用去離子水洗滌，干燥即可獲得固載化離子液體催化劑。本專利技術所述的氧化石墨烯是按照以下方法制備的：在冰水浴中，將5g鱗片石墨和2.5g硝酸鈉與115mL的濃硫酸混合均勻，攪拌中緩慢加入15gKMnO4，保持2℃以下持續反應1h，將其轉移至35℃水浴反應30min,逐步加入250mL去離子水，溫度升至98℃繼續反應1h后，可明顯觀察到混合物由棕褐色變成亮黃色。進一步連續加水稀釋，并用質量分數30％的H2O2溶液處理。將上述溶液抽濾，用5％HCl溶液洗滌至中性，將濾餅放入烘箱中80℃充分干燥即得氧化石墨。取0.1g氧化石墨放入50mL去離子水中，超聲處理1.5h(180W，60Hz)，隨后進行抽濾，將濾餅放入真空烘箱中40℃(10Pa)干燥6h即得所需的氧化石墨烯。本專利技術以氧化石墨烯為載體，在水相溫和條件下成功實現了離子液體的高效固載，克服了傳統固載工藝的缺陷(高溫、操作時間長、后處理麻煩、污染環境等)。與單純的水溶液相比，稀鹽酸溶液不僅增加了氧化石墨烯在溶液中的分散性能(質子化效應)，而且還在離子液體固載過程中充當催化劑的作用。在稀鹽酸存在的條件下可以使氧化石墨烯表面大量的環氧官能團發生水合反應而轉變為羥基，從而提高了氧化石墨烯表面羥基的數量，增加了氧化石墨烯上離子液體的固載量。該方法操作簡單，產品后處理簡單，生產成本低。該催化劑對環氧化合物與CO2環加成合成環狀碳酸酯的反應有很好的催化性能，而且催化劑的重復使用性能好。具體實施方式本專利技術將就以下實施例作進一步說明，但應了解的是，這些實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本專利技術實施的限制。實施例1將氧化石墨烯加入到稀鹽酸溶液中，其中氧化石墨烯與稀鹽酸溶液的質量比為1:50，稀鹽酸溶液的濃度為0.01mol/L，磁力攪拌30分鐘；向上述反應體系中加入離子液體，離子液體的硅氧烷端基為CH3，離子液體的陰離子為Cl-，離子液體與氧化石墨烯的質量比為1:5，隨后在0℃下磁力攪拌4小時；反應結束后經離心分離，去離子水洗滌，干燥即可獲得固載化離子液體催化劑，記為CAT1。實施例2將氧化石墨烯加入到稀鹽酸溶液中，其中氧化石墨烯與稀鹽酸溶液的質量比為1:50，稀鹽酸溶液的濃度為0.05mol/L，磁力攪拌30分鐘；向上述反應體系中加入離子液體，離子液體的硅氧烷端基為CH3，離子液體的陰離子為Br-，離子液體與氧化石墨烯的質量比為1:5，隨后在0℃下磁力攪拌4小時；反應結束后經離心分離，去離子水洗滌，干燥即可獲得固載化離子液體催化劑，記為CAT2。實施例3將氧化石墨烯加入到稀鹽酸溶液中，其中氧化石墨烯與稀鹽酸溶液的質量比為1:90，稀鹽酸溶液的濃度為0.03mol/L，磁力攪拌30分鐘；向上述反應體系中加入離子液體，離子液體的硅氧烷端基為C2H5，離子液體的陰離子為I-，離子液體與氧化石墨烯的質量比為1:5，隨后在20℃下磁力攪拌6小時；反應結束后經離心分離，去離子水洗滌，干燥即可獲得固載化離子液體催化劑，記為CAT3。實施例4將氧化石墨烯加入到稀鹽酸溶液中，其中氧化石墨烯與稀鹽酸溶液的質量比為1:70，稀鹽酸溶液的濃度為0.03mol/L，磁力攪拌30分鐘；向上述反應體系中加入離子液體，離子液體的硅氧烷端基為C2H5，離子液體的陰離子為Br-，離子液體與氧化石墨烯的質量比為1:10，隨后在10℃下磁力攪拌4小時；反應結束后經離心分離，去離子水洗滌，干燥即可獲得固載化離子液體催化劑，記為CAT4。實施例5將氧化石墨烯加入到稀鹽酸溶液中，其中氧化石墨烯與稀鹽酸溶液的質量比為1:70，稀鹽酸溶液的濃度為0.03mol/L，磁力攪拌30分鐘；向上述反應體系中加入離子液體，離子液體的硅氧烷端基為C2H5，離子液體的陰離子為Cl-，離子液體與氧化石墨烯的質量比為1:8，隨后在10℃下磁力攪拌6小時；反應結束后經離心分離，去離子水洗滌，干燥即可獲得固載化離子液體催化劑，記為CAT5。實施例6將氧化石墨烯加入到稀鹽酸溶液中，其中氧化石墨烯與稀鹽酸溶液的質量比為1:60，稀鹽酸溶液的濃度為0.02mol/L，磁力攪拌30分鐘；向上述反應體系中加入離子液體，離子液體的硅氧烷端基為C2H5，離子液體的陰離子為Cl-，離子液體與氧化石墨烯的質量比為1:6，隨后在6℃下磁力攪拌4.5小時；反應結束后經離心分離，去離子水洗滌，干燥即可獲得固載化離子液體催化劑，記為CAT6。實施例7將氧化石墨烯加入到稀鹽本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于二氧化碳環加成反應的固載型離子液體催化劑，其特征在于該催化劑的結構式如下所示：

【技術特征摘要】
1.一種用于二氧化碳環加成反應的固載型離子液體催化劑，其特征在于該催化劑的結構式如下所示：其中X-為Cl-、Br-或I。2.如權利要求1所述的一種用于二氧化碳環加成反應的固載型離子液體催化劑，其特征在于該催化劑的具體制備方法如下：(1)將氧化石墨烯加入濃度為0.01mol/L-0.05mol/L稀鹽酸溶液中，磁力攪拌30分鐘，其中氧...

【專利技術屬性】
技術研發人員：薛冰，王少卿，柳娜，李永昕，
申請(專利權)人：常州大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32