[发明专利]一种离子型微孔聚合物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种离子型微孔聚合物催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂制备技术领域。本发明使用便宜易得的单体，经由简单的有机合成反应制备了双功能催化剂，将双金属催化中心和亲核试剂同时引入到多孔聚合物中，并且亲核试剂分散密度高，该低成本的催化剂在0.1‑0.7MPa，25‑90℃条件催化二氧化碳转化为环碳酸脂。本发明利用简单的合成方法以及低成本的原料，达到与高成本的催化剂相近的催化效果，且该催化剂可以重复使用。

技术领域

本发明涉及一种离子型微孔聚合物催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂制备技术领域。

背景技术

二氧化碳的排放量正在逐年增加，设计制备对二氧化碳具有捕获与存储特性的材料以及关注CO₂的化学利用迫在眉睫。二氧化碳作为便宜、易得的碳1构筑基元，以其为原料来制备高附加值化学产品也因此倍受关注。催化剂在二氧化碳转化过程中发挥着重要的作用。将催化中心和催化助剂同时引入到多孔聚合物中，以该双功能聚合物为非均相催化剂，催化二氧化碳与环氧烷烃的反应，使其转化为环碳酸脂，对于该种材料的制备是目前二氧化碳减排研究的热点。现有的能够在较温和条件下催化反应的催化剂制备步骤较多，单体需要合成，并且存在催化助剂不能回收再利用的问题。因此，开发一种合成方法简单，原料成本低，并且能够达到在较温和条件下进行催化的双功能催化剂，成为亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的催化剂在微孔聚合物中引入双金属催化中心，离子型聚合物内分散着高密度亲核试剂，如Br^-或Cl^-，利用双金属的协同催化作用，以及高密度分散的亲核试剂使该催化在较温和的反应条件下(0.1-0.7MPa，25-90℃)，实现二氧化碳的催化转化。

本发明的第一个目的是提供一种离子型微孔聚合物催化剂，由单体A、单体B和单体C聚合而成；所述单体C作为连接基团；其中，单体A、单体B和单体C的结构式如下所示：

单体A：

单体B：

单体C：

其中，M、P为两种不同的金属离子；

X、Y单独选自Cl、Br或OAc，a、b分别为2或3；

Z为Cl或Br。

在本发明的一种实施方式中，所述单体A和单体B的摩尔比为4:1-1:4，单体C的摩尔数为单体A和单体B的总摩尔数的2-5倍。

在本发明的一种实施方式中，所述催化剂的一种结构示意图如下所示：

在本发明的一种实施方式中，所述M、P单独选自Al、Zn、Mg、Ni、Cr、Cu或者Co，且M、P不相同。

在本发明的一种实施方式中，所述M优选为Al，所述P优选为Zn。

在本发明的一种实施方式中，所述离子型微孔聚合物催化剂的比表面积为25-100m²/g。

本发明的第二个目的是提供所述催化剂的制备方法，包括：将单体A和单体B在交联剂单体C的作用下，在60-120℃反应12-36h，聚合得到所述离子型微孔聚合物催化剂；其中，单体A、单体B和单体C的结构式分别如下所示：

单体A：

单体B：

单体C：

其中，M、P为两种不同的金属离子；

X、Y单独选自Cl、Br或OAc，a、b分别为2或3；

Z为Cl或Br。

在本发明的一种实施方式中，所述方法按照如下步骤进行：