[发明专利]CO2或CO与甲烷或水制油及其聚合物或超分子聚合物以及富勒烯的制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种根据元素化学的串联取代重排消除反应(简称TSRE反应)这一近期发现的合成反应的模式的规则，设计碳富勒烯、硅富勒烯、锗富勒烯、钛富勒烯等新材料以及CO₂或CO与天然气或水制油及其共聚物或超分子聚合物的制备方法和用途，包括这种合成方法在“水变油”领域的用途。采用本发明专利的方法制备的富勒烯可用于超硬材料、超导材料、光学材料、太阳能电池、导热或导电材料等领域；制备的CO₂或CO的共聚物或超分子聚合物可用于天然气制油领域、碳减排领域、煤制油等领域，与这些领域传统的工艺方法相比，超大幅度地降低了水和能源的消耗，可使火力发电等企业达到零碳减排的目标，并同时取得超大的经济效益。

背景技术

富勒烯(又译作福乐烯)是完全由碳组成的中空的球型、椭球型、柱型或管状分子的总称。在其被发现的20多年来，已广泛地影响到机械学、电子学、光学、磁学、化学、医学、材料科学和生物工程学等各个领域，同时也在催化工程、磁性材料、医学和生物工程、精细化工、微型半导体器件及传感器方面显示出具大的应用前景。本发明专利申请书中所指的富勒烯不仅是指由碳原子形成的一系列笼形单质分子的总称，即碳富勒烯，还包括由硅、锗、钛、铅、锆、锡、硫等元素形成的各种笼形单质分子，即硅富勒烯、锗富勒烯、钛富勒烯、铅富勒烯、锆富勒烯、锡富勒烯、硫富勒烯等。采用传统的方法，规模化制备碳富勒烯非常困难，成本十分高昂，特别是关于硅富勒烯等上述其它元素富勒烯，迄今还不能够人工制备样品，只能停留在理论计算的推导上。关于CO₂和CO与天然气(主要是甲烷)或水的聚合物或超分子聚合物，更是未见有这方面的任何文献和信息的报道，很显然，由于CO₂、CO、甲烷都是气体，如果用一种简单易行的办法将这些气体转变成为乙醇和甲醇以及液态或固态的聚合物，不仅在能源领域即煤制油、天然气制油、二氧化碳制油等领域具有巨大的应用价值，而且在二氧化碳的捕集、运输、储存(CCS技术)方面更是具有特别重大的意义，无疑这是碳减排的最佳选择，而且，这些聚合物或超分子聚合物应该成为开发其它新材料的新原料，对于开拓材料科学新领域的意义也是显而易见的。

此前，本专利申请人曾申请专利申请号为201110347314.5的发明专利，其说明书中有一篇未登载的论文，名称为“元素有机化学的串联取代重排消除反应”，是一种近期新发现的合成反应新模式，简称TSRE反应。该论文中有一重要的合成反应规则：只要利用周环反应的高度的立体专一性，就能够制备晶体排列方式具有高度取向性的固体物质，一般这种固体物质具有类似金刚石型的晶体结构；或者说反映应过程的立体专一性与固体产品的晶体排列方式之间具有内在紧密的联系。本申请人正是利用了这一新发现的规则，曾在常温常压下，高效率、高收率地以四氯化硅或四氯化钛为原料制备出了金红石型的白炭黑或钛白粉；也曾以四氯化碳为原料常混常压下制备出了金刚石，而传统的工艺在制备这些产品时，温度一般都选择在1000℃以上，工艺条件非常苛刻，更没有人相信在常温度压下能够制备出这一类的产品，尤其是制备出金刚石产品，但是，本专利申请人正是在常温常压下高效地制备出了钻石，幸运的是无意中还发现了以四氯化碳为原料制备C60(一种碳富勒烯)的类似的工艺路线，而传统的C60的制备工艺是1000克苯在燃烧的条件下仅仅能够制备出3克C60，这样的工艺显然是不符合大规模工业化的原则的。本发明专利申请的方法是以四氯化碳为原料制备C60，四氯化碳的转化率98％以上，基本上不生成无定形碳和石墨，主要生成金刚石和C60，以及它们的包合物，C60的选择性收率之高，是任何其它方法不可比拟的。尤其是，沿着这一条技术途径，还可以以四氯化硅等四卤化物为原料制备硅富勒烯等其它元素的富勒烯。