功能有机硅耦合聚离子液体异质骨架材料及其在催化低浓度二氧化碳转化中的应用和方法技术

本发明专利技术涉及一种功能有机硅耦合聚离子液体异质骨架材料及其应用和方法，该材料具备结构新颖

【技术实现步骤摘要】
功能有机硅耦合聚离子液体异质骨架材料及其在催化低浓度二氧化碳转化中的应用和方法


[0001]本专利技术属于材料合成催化
，具体来说，涉及一种功能有机硅耦合聚离子液体多孔异质骨架及其催化低浓度二氧化碳转化中的应用和方法
。

技术介绍

[0002]二氧化碳
(CO2)
是大气中主要的温室气体，由于人类活动导致大气中
CO2含量逐年增加，会引发空气污染
、
气候变暖
、
海洋酸化等诸多生态与环境问题；同时
CO2也是自然界中储量丰富
、
价格低廉
、
无毒
、
可再生的
C1
资源，若能以
CO2为原料，将其直接转化为燃料或高附加值的化学品，不仅利于实现
CO2减排的目标，还能减轻对煤
、
石油
、
天然气等传统资源的依赖，从环境保护与可持续化学的角度来讲，具有重要意义
。
然而，由于
CO2自身具有热力学稳定性和动力学惰性，实现对
CO2的资源化利用需要开发行之有效的催化技术
。
目前文献已报道采用电催化
、
光催化或热催化的方法可将
CO2转化成不同的化学品，鉴于所开发技术的局限性，仅有少量
CO2转化过程实现了工业化，据统计，所消耗的
CO2量仅占全球总排放量的
0.36
％
。
因此，对于
CO2这一可再生资源尚有很大的利用空间
。
[0003]CO2与环氧化物反应合成环状碳酸酯是资源化利用
CO2具有工业化前景的途径之一，已引起人们广泛的研究
。
一方面，该反应路线符合原子经济性，可有效替代传统的光气工艺，满足绿色化学的发展要求；另一方面，环状碳酸酯产品具有优异的理化性质
(
如高沸点
、
高极性
、
低挥发性
)
以及良好的生物降解性，在化工
、
医药及高分子等领域具有广泛的用途
。
[0004]该领域已报道出系列催化体系，按照针对环氧化物活化方式的不同，催化剂主要分为过渡金属型与氢键供体
(HBD)
型两类
。
其中，过渡金属型催化剂主要包括金属氧化物
、Salen
金属配合物
、
金属卟啉以及金属有机框架化合物等，过渡金属型催化剂展现出优异的催化活性
。
然而，均相催化剂与产物不易分离，需要采用减压蒸馏或萃取的方法，这会造成高能耗及大量挥发性有机溶剂的使用
。
为了克服催化剂分离的难题，采用溶剂热法制备出系列无机
‑
有机杂化金属有机框架
(MOFs)
材料，但是
MOFs
材料存在合成周期长
、
成本高
、
结构稳定性差等弊端，限制了其大规模工业化应用
。HBD
活化策略可有效替代过渡金属的使用，系列
HBD
活性中心修饰的催化材料已有报道，如功能化离子液体
、
多孔有机聚合物
、
氮掺杂碳
、
固载
/
聚合离子液体以及功能化介孔有机硅等
。
目前所报道的多相
HBD
型催化剂在催化
CO2环加成反应时，大多存在催化活性低
、
反应条件苛刻的缺陷
。
而且从经济和实际生产的角度出发，设计构筑易于分离
、
活性高
、
稳定性好的新型多相催化材料，直接转化和利用低浓度工业废气中的
CO2，更加具有重要意义
。
[0005]周期性介孔有机硅
(Periodic mesoporous organosilicon
，简称
PMO)
，是一类新型的有机无机杂化有序介孔纳米复合材料
。
具有2‑
30nm
的介孔结构和规整有序的孔壁
。
桥连的有机基团广泛均匀的分布于孔壁上，通过改变桥连基团可以改变
PMO
的表面性质进而改变其整体性质
。
通过不同的合成方法也可以调控
PMO
的形态，十二面体
、
球体
、
膜
、
立体
、
旋
转体
、
棒状等形态的
PMO
已经被合成出来
。
因其具有孔径可调
、
孔道有序
、
有机基团分布均匀
、
水热稳定性好等优点引起了国内外科研工作者的广泛关注
。
近年来，
PMO
材料被广泛应用于药物传输
、
基因传递
、
气体吸附
、
水污染处理
、
色谱分析以及催化等各个领域
。
李钢等人
(Fuel,2019,244,196
‑
206)
使用聚二烯丙基二甲基氯化铵
(PDDA)
作为介孔模板，合成了非晶态介孔钛硅基材料并用于催化
CO2与环氧化物反应，其中的机物
(PDDA)
可以充当
Lewis
碱
、
钛离子
(Ti
4+
)
充当
Lewis
酸，极大的提高了催化剂的催化活性
。
但大多数
PMO
催化剂需要助催化剂的加入，加大了分离难度，因此，开发高活性避免引入助催化剂的催化体系显得尤为重要
。
[0006]综合以上报道，提供一种结构新颖
、
催化性能优异
、
可循环回用的周期性介孔有机硅及其耦合聚离子液体的制备方法，并使其能够实现在温和条件下高效催化低浓度
CO2合成环状碳酸酯的多孔异质骨架催化剂仍然具有很大挑战
。
基于此，我们提出本项专利技术研究
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的，在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种易合成
、
高活性
、
易回收可重复利用功能有机硅耦合聚离子液体异质骨架材料，并提供其作为低浓度二氧化碳与环氧化物环加成反应的催化剂的应用，并同时提供其催化低浓度
CO2与环氧化物反应合成环状碳酸酯的方法
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0009]本专利技术一方面提供了一种功能有机硅耦合聚离子液体异质骨架材料，其特征在于，其由包括如下步骤的方法制备：
[0010]S1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种功能有机硅耦合聚离子液体异质骨架材料，其特征在于，其由包括如下步骤的方法制备：
S1
：金属卟啉基硅源前驱体的制备在无水丙酮中，将
Zn
‑
5, 10, 15, 20
‑
四
(4
‑
氨基苯基
)
卟啉按比例与异氰酸丙基三乙氧基甲硅烷反应，反应结束除去溶剂后得到金属卟啉基硅源前驱体；
S2
：金属卟啉基周期性介孔有机硅的制备将所述步骤
S1
得到的金属卟啉基硅源前驱体与硅酸四乙酯共混在表面活性剂下，经水解共聚而生成金属卟啉基周期性介孔有机硅；
S3
：双乙烯基咪唑盐的合成将1‑
乙烯基咪唑分别与
1, 6
‑
二溴己烷
、1, 4
‑
二溴丁烷或
1, 2
‑
二溴乙烷在四氢呋喃溶剂中静态水热反应，得到不同碳数的双乙烯基咪唑盐；
S4
：金属卟啉功能化有机硅耦合聚离子液体多孔异质骨架的合成将步骤
S3
所得双乙烯基咪唑盐在引发剂
2, 2'
‑
偶氮二异丁腈的作用下在步骤
S2
所得金属卟啉基周期性介孔有机硅骨架上进行原位聚合，得到功能有机硅耦合聚离子液体异质骨架材料
。2.
根据权利要求1所述的一种功能有机硅耦合聚离子液体异质骨架材料，其特征在于，所述步骤
S1
中，
Zn
‑
5, 10, 15, 20
‑
四
(4
‑
氨基苯基
)
卟啉异氰酸丙基三乙氧基甲硅烷的摩尔比为
1:4~4.5
；所述步骤
S2
中金属卟啉基硅源前驱体与硅酸四乙酯硅的摩尔比为
1:10~20
；所述步骤
S3
中1‑
乙烯基咪唑分别与
1, 6
‑
二溴己烷
、1, 4
‑
二溴丁烷或
1, 2
‑
二溴乙烷的摩尔比为
2~2.5:1
；所述步骤
S4
中双乙烯基咪唑盐与金属卟啉基周期性介孔有机硅的质量比为
1:1~1.2。3.
根据权利要求1所述的一种功能有机硅耦合聚离子液体异质骨架材料，其特征在于，所述步骤
S1
的反应温度为
50
‑
80℃
，反应时间为
40~50h
；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘猛帅，平冉，刘福胜，王永健，张含，曲添添，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：