【學術論文】氯化膽堿基低共熔劑(DESs)高效催化CO2環加成反應的研究

作者:呂宏纓時間:2018-11-06點擊數:

 隨著現代工業的快速發展,大量的煤炭天盛彩票|官网登录、石油、天然氣等不可再生碳資源的過度使用使化石能源日益匱乏天盛彩票|官网登录,碳源危機日益逼近。另一方面天盛彩票|官网登录,化石燃料的燃燒產生大量CO2,也迫切需要人們開發高效的CO2轉化技術,將大氣中的CO2轉化為新的碳資源。因此,CO2不僅是主要的溫室氣體天盛彩票|官网登录天盛彩票|官网登录,還是一種儲量豐富、無毒、性質穩定的C1資源,將CO2通過化學方法轉化為高附加值的產品,不僅提高了CO2利用率,還降低了CO2對環境的危害,符合綠色化學的要求。

 碳酸丙烯酯是一種性能優良的有機溶劑,也是一種重要的化學中間體,是合成碳酸二甲酯、聚碳酸酯和聚氨酯等高附加值化學品的主要原料,還可用作增塑劑、分散劑和電解液等。由于碳酸丙烯酯應用廣泛,其需求量也隨之增加。當前天盛彩票|官网登录,碳酸丙烯酯的合成方法主要采用CO2和環氧丙烷環加成的方法,常用的催化劑包括堿金屬天盛彩票|官网登录、季銨鹽、季膦鹽、離子交換樹脂和離子液體等,雖然已經取得了一定的成果,但還是存在反應條件苛刻(需要在高溫天盛彩票|官网登录、高壓下進行)、催化劑活性低和成本較高等問題。發展綠色環保、條件溫和、合成方法簡便的新催化體系用于環加成反應仍然需要不斷的努力與嘗試天盛彩票|官网登录。

 近日天盛彩票|官网登录,我院呂宏纓教授團隊在Chemical Communications上發表了一篇封面論文,該研究設計并合成了氯化膽堿-聚乙二醇200低共熔劑(DESs)天盛彩票|官网登录,將其作為催化劑用于合成碳酸丙烯酯,在無溶劑和助劑的條件下以較為理想的產率得到了碳酸丙烯酯,為碳酸丙烯酯的合成提供了一種新的思路天盛彩票|官网登录。文章的第一作者是碩士研究生吳凱。

 眾所周知,DESs是由兩種或三種物質通過分子間氫鍵相互締合熔融而形成的穩定溶劑,通過選擇合適的氫鍵供體與氫鍵受體天盛彩票|官网登录,調節其比例,可以改變DESs的物理性質,如熔點、粘度、密度天盛彩票|官网登录、導電性能等。DESs作為一種可以替代傳統溶劑和離子液體的新型綠色溶劑,已引起學術界及工業界的高度重視,并在分離過程、功能材料合成天盛彩票|官网登录、電化學和化學反應等領域表現出良好的應用前景。隨著研究工作的深入,DESs對于CO2綜合利用的研究正在由CO2捕獲與分離逐步向以CO2為C1資源,催化轉化CO2生成高附加值產品的方向轉變天盛彩票|官网登录。

 該研究將氯化膽堿和聚乙二醇200作為氫鍵受體和氫鍵供體合成DESs,以紅外光譜、核磁共振氫譜和熱重分析等方式對氯化膽堿-聚乙二醇200 DESs進行表征,證明兩種組分通過氫鍵相互作用結合形成了DESs天盛彩票|官网登录。該DESs在合成碳酸丙烯酯的反應中表現出良好的催化活性和穩定性,最高得到98.5%的碳酸丙烯酯產率,并且對于其它類型的環氧化合物也具有一定的適用性天盛彩票|官网登录,重復使用5次后催化活性無明顯下降。


呂宏纓教授簡介

 呂宏纓天盛彩票|官网登录天盛彩票|官网登录,煙臺大學教授天盛彩票|官网登录,碩士生導師;2007年于中科院大連化學物理研究所獲得博士學位天盛彩票|官网登录;主要研究方向為柴油的氧化脫硫、CO2的催化轉化、低共熔劑的制備及其在催化反應中的應用天盛彩票|官网登录、多酸催化、生物質的氧化及加氫天盛彩票|官网登录;已在J. Catal.天盛彩票|官网登录、Chem. Commun.、Green Chem.、Appl. Catal. B-Environ.、Appl. Catal.天盛彩票|官网登录、A-Gen.、J. Hazard. Mater.、Chem. Eng. J.、Chin. J. Catal. 等國際期刊上發表多篇研究論文天盛彩票|官网登录。


   科研思路分析


Q:為什么選擇氯化膽堿和聚乙二醇作為合成DESs的組分天盛彩票|官网登录?

A:根據DESs的合成機理與綠色化學的原則,優先選擇廉價易得、環境友好的綠色材料。氯化膽堿是一種常用易得的飼料添加劑天盛彩票|官网登录天盛彩票|官网登录,同時也常作為氫鍵受體用于合成DESs天盛彩票|官网登录天盛彩票|官网登录。此外,氯化膽堿中的Cl-可以取代助劑中的鹵素離子促進環加成反應。同時,聚乙二醇是一種無毒、穩定、廉價易得的聚合物,可以作為氫鍵供體制備DESs。更重要的是,聚乙二醇是一種親CO2的材料,可以有效吸附CO2天盛彩票|官网登录。在聚乙二醇吸附CO2的過程中,其粘性降低,氣液交換速率增加,可以促進反應體系對CO2的吸附,從而加速反應進行。


Q:該研究成果對其他研究有什么借鑒意義?

A:目前,DESs的研究與應用日益增多天盛彩票|官网登录,特別是在化學反應中作為綠色溶劑和催化劑已經得到廣泛的應用,但是將其用于CO2環加成反應的研究并不多見。隨著人們對DESs研究的不斷深入,可設計性強與廉價的優勢愈發體現出來,人們可以通過改變DESs的組分實現對其性能的部分調控天盛彩票|官网登录,從而設計出相應的DESs并用于所需的反應中。在該研究中天盛彩票|官网登录,所使用的氯化膽堿/聚乙二醇200低共熔劑就在合成碳酸丙烯酯的反應中發揮出良好的催化活性,得到較為理想的結果天盛彩票|官网登录。該研究為CO2的綜合利用提供了新的思路,對豐富和發展DESs化學以及將其拓展到其它催化應用領域也具有一定的推動作用。



 

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