[发明专利]一种功能化木质素负载低共熔溶剂异相催化剂的制备方法及其在二氧化碳化学转化中的应用

说明书

本发明公开一种功能化木质素负载低共熔溶剂异相催化剂的制备方法及其在二氧化碳化学转化中的应用，该异相催化剂是以功能化木质素为载体负载由氯化胆碱和芳香酸组成的低共熔溶剂得到，能够高效催化CO₂与环氧化合物环加成反应合成环状碳酸酯，能够解决传统催化剂不能再生、不可降解等问题。

技术领域

本发明涉及天然高分子的绿色有机合成技术领域，具体涉及的是一种作为催化CO₂化学转化为环状碳酸酯的异相催化剂的以功能化木质素为载体负载由氯化胆碱和芳香酸组成的低共熔溶剂的制备方法，并应用于催化CO₂与环氧化合物的环加成反应，从而实现高效、绿色合成高附加值的环状碳酸酯。

背景技术

伴随着人们对化石燃料(煤、石油、天然气)的过度使用和森林等植被面积减少，大气中的二氧化碳含量越来越高，这也是近年全球变暖最主要的原因。

CO₂虽然是导致气候变化的始作俑者，但是从化学转化的角度来看，它是一种优良的可再生的基础原料，是一种储量丰富、可再生的廉价碳源，在有机合成领域中可生产高附加值的化学品。其中的一个代表转化则是CO₂与环氧烷烃环加成反应合成环状碳酸酯。

环状碳酸酯有着很高的利用价值，可广泛用作非质子极性溶剂以及高能密度电池和电容的电解液，还可用于混合物的萃取分离、合成聚碳酸酯、热硬化性树脂和热记录材料等。

已有的相关研究中，金属催化剂在大量用于催化二氧化碳和环氧化合物环加成反应合成环状碳酸酯的催化剂中占主导地位。虽然大多金属催化剂表现出优异的催化活性，但是目前可供开采的金属矿越来越少，大多数金属的回收再利用率较低，重金属污染日趋严重。因此，开发一种新型、廉价、绿色、高效、循环性和稳定性好的非金属催化剂具有重要意义，木质素就是其中之一。木质素是自然界第二大天然高分子，含量丰富、来源广泛、可再生性强、可生物降解且价格低廉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能化木质素负载低共熔溶剂异相催化剂的制备方法及其在二氧化碳化学转化中的应用，该异相催化剂是以功能化木质素为载体负载由氯化胆碱和芳香酸组成的低共熔溶剂得到，能够高效催化CO₂与环氧化合物环加成反应合成环状碳酸酯，能够解决传统催化剂不能再生、不可降解等问题。

相比于目前环状碳酸酯的催化反应，该异相催化剂催化CO₂合成环状碳酸酯的反应不仅反应条件温和、反应时间短，产率高，具有极高的催化选择性和催化活性的特点，而且使用的原料绿色环保，成本低廉，满足绿色合成工艺要求，具有明显的应用前景。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种功能化木质素负载低共熔溶剂异相催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将木质素、氢氧化钠、环氧氯丙烷溶解于水中，转移到反应容器内，在75-80℃下、氮气保护的环境中反应180-200min，反应完成后，减压抽滤，用水洗涤后，在50-55℃下干燥，得到反应产物环氧功能化木质素；

步骤2、将氯化胆碱、二氮杂二环以及步骤1得到的环氧功能化木质素溶解于水中，并转移到反应容器内，在室温下反应7-8h，反应完成后，减压抽滤，用水洗涤后，在50-55℃下干燥，得到反应产物氯化胆碱功能化木质素；

步骤3、将芳香酸和步骤2得到的氯化胆碱功能化木质素置于反应容器中，在75-80℃下反应120-130min后，加入水，继续在75-80℃下反应16-18h，待反应结束后，减压抽滤，用水洗涤后，在50-55℃下干燥，得到所述功能化木质素负载低共熔溶剂异相催化剂。

步骤1中，所述木质素和氢氧化钠的质量比为1.0～1.1：0.8～0.9，所述木质素和环氧氯丙烷的质量比为1.0～1.1：8～10，所述木质素和水的质量比为1.0～1.1：5～6。