金属基离子液体催化二氧化碳资源化利用合成环状碳酸酯研究

基于Lewis酸与Lewis碱在二氧化碳资源化利用合成环状碳酸酯中的协同催化作用，本项目立足于合成同时具有Lewis酸与Lewis碱且其摩尔比可调的金属基离子液体催化剂，通过改变离子液体的结构与种类、离子液体中Lewis酸中心金属离子种类及Lewis酸与Lewis碱的摩尔比，实现对催化剂体系的优化，制备出二氧化碳资源化利用合成环状碳酸酯的高效离子液体催化剂；同时对反应压力、反应温度等反应工艺进行优化，发展基于金属基离子液体的二氧化碳资源化利用合成环状碳酸酯的清洁生产工艺。为实现离子液体催化剂分离和重复使用，制备负载金属基离子液体催化剂，发展易分离、催化活性高的多相离子液体催化剂体系；研究离子液体中Lewis酸与Lewis碱在二氧化碳资源化利用合成环状碳酸酯反应中的协同催化作用机制，为设计二氧化碳资源化利用高效催化剂提供理论依据，为环状碳酸酯的工业化生产提供基础数据支撑。

本项目立足于二氧化碳的资源化利用， 设计合成了系列离子液体催化剂并将其用于催化二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯的反应中。（1）设计合成了系列具有酸性的功能化离子液体，通过FT-IR 、NMR和UV-vis等手段对离子液体的结构和酸性进行了表征，并将其用于催化合成环状碳酸酯的反应中。通过优化反应工艺条件，碳酸丙烯酯的收率可以达到94%以上；离子液体催化剂在反应中表现出较好的稳定性，可以循环使用5次以上。在催化作用过程中离子液体通过氢键及其阴离子的协同作用实现了环状碳酸酯的高效合成；（2）以酸性离子液体为前驱体合成了系列金属基离子液体并将其用于催化二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯的反应中。考察了离子液体的结构、Lewis酸与Lewis碱的种类及摩尔比对其催化活性的影响。在最优反应工艺条件下，金属基离子液体催化剂的催化转化频率可以达到600h-1以上，而且可以实现循环使用。离子液体中Lewis酸与Lewis碱的协同作用是实现环状碳酸酯高效合成的关键因素；（3）设计制备了系列负载金属基离子液体，通过改变其Lewis酸与Lewis碱的种类和摩尔比，在最优反应工艺条件下，其催化转化频率可以达到1200h-1以上。通过过滤实现了负载金属基离子液体与反应体系的分离，催化剂循环使用15次，其催化活性没有明显下降。在固定床反应器上，该催化剂连续使用120小时，环状碳酸酯的收率保持在96%以上，为二氧化碳资源化利用生产环状碳酸酯提供了重要的数据支撑。