固载化离子液多相催化环氧乙烷和二氧化碳合成碳酸乙烯酯及其过程研究

作     者：吴青海 

作者单位：上海师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任天瑞

授予年度：2012年

学科分类：081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：二氧化碳 碳酸乙烯酯 高分子离子液 催化剂 动力学 热力学 

摘      要：CO2是引起全球变暖的主要温室气体，具有储量大、安全无毒和价廉易得等优点，合成环状碳酸酯是CO2资源化利用的成功典型反应，碳酸乙烯酯（EC）是一种具有重要应用的有机化学品，以环氧乙烷（EO）和CO2为原料通过催化环化加成制备碳酸乙烯酯是一条环境友好且原子经济的工艺路线。离子液具有蒸气压低、毒性小、热稳定性好、不燃烧爆炸、溶解性独特等优点，因此离子液固载化在多相催化环氧化物和二氧化碳(CO2)合成环状碳酸酯反应中的重要性日益俱增。本论文采用溴化3-(2-羟基-乙基)-1-乙烯基咪唑(HEVIMBr)、甲基丙烯酸钠、丙烯酸羟乙酯、苯乙烯四元共聚合成了一种高分子离子液（PMHS-HEVIMBr）催化剂,用FT-IR、1HNMR、XPS、TG及元素分析进行了表征。将该催化剂固载到分子筛上制成固体颗粒催化剂，用BET和FESEM对其表面结构进行了表征并研究了分子筛对PMHS-HEVIMBr的吸附动力学。研究结果表明在分子筛的粒径为0.7mm时，其表面存在大量的微孔和功能性基团，具有很好的吸附作用;30℃，在水溶液中分子筛对PMHS-HEVIMBr的吸附24h后达到平衡，最大吸附量为400mg/g。在无其他有机溶剂的条件下用固体颗粒催化剂多相催化EO与CO2合成EC,单变量考察的方法探索了反应时间、温度、压力、催化剂用量对环氧乙烷转化率及生成碳酸乙烯酯选择性的影响。研究结果表明在反应时间为4h、温度130℃、压力2.5MPa、催化剂占环氧乙烷的质量比9%的条件下, EO转化率为95%、EC选择性为98%,催化剂在循环使用10次后，EO转化率无明显下降，EC选择性接近100%。对该催化反应过程进行了热力学理论计算分析和动力学过程研究并回归计算得到动力学方程r=-dCEO/dt=9.872×104e-52.00/RTCEO，探讨了该催化反应的可能性催化机理。