[发明专利]金属耦合三嗪多孔有机框架及其构筑方法和催化CO2

说明书

本发明涉及金属耦合多孔有机框架聚合物及其催化二氧化碳与环氧化物耦合制备环状碳酸酯的应用和方法，本发明以2,4,6‑三(4‑醛基苯氧基)‑1,3,5‑三嗪与2,6‑二氨基吡啶为构筑单体，以离子液体1‑丁基‑3‑甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐为溶剂，通过原位席夫碱聚合反应与金属锌后修饰构筑而成，是一种简单、绿色、温和条件下高效构筑多功能耦合的多孔有机框架（Mc‑POFs）材料的可控合成方法，在催化剂用量为环氧化合物质量百分数的1%~9%，反应压力为0.1~3.0 MPa，反应温度为60~100℃，反应时间为1~8 h的条件下合成相应的环状碳酸酯，实现了温和、无溶剂条件下高选择性催化环状碳酸酯的合成，同时，也实现了催化剂的简易分离和再生。

技术领域

本发明属于材料合成催化技术领域，具体来说，涉及一种金属耦合三嗪多孔有机框架聚合物及其构筑方法和催化CO₂与环氧化物耦合制备环状碳酸酯的应用。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是一种主要的温室气体，由于人类活动大气中CO₂的浓度持续增加，已引发系列严重的环境问题，如温室效应、全球变暖、海平面上升等， CO₂的减排势在必行。同时，CO₂还是一种丰富、廉价、无毒、可再生的C1资源。因此，CO₂的捕集与资源化利用技术受到人们广泛关注。以CO₂为原料，通过开发高效催化技术，可以将CO₂转化为高附加值化工产品，在实现CO₂减排的同时，还可降低对不可再生化石能源的消耗，从环境保护及可持续发展角度讲，均具有重大意义。然而，截至目前以CO₂为原料生产有机化学品在全球仅有少量过程实现了工业化，据统计，工业上对CO₂的消耗量仅占全球总排放量的0.36％。因此，在CO₂资源化利用方面尚有很大的发展空间。

在已研究的CO₂资源化利用途径中，CO₂与小分子环氧化物通过环加成反应制备环状碳酸酯是研究热点之一，也是最有望实现工业化应用的途径之一。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。由于CO₂具有较高的热力学稳定性和动力学惰性，实现CO₂转化首先需要设计高效的催化剂对其进行活化；另外，为了实现CO₂与环氧化物环加成反应在较温和条件下高效进行，还需要催化剂具有活化环氧化物的功能。

目前工业上采用均相KI体系催化合成环状碳酸酯，但存在生产规模比较小，催化过程反应条件苛刻，且催化剂与产物分离困难等问题。该领域已报道出系列催化体系，包括均相催化剂(即碱金属盐、N-杂环卡宾、Salen金属配合物、离子液体等)和非均相催化剂(即金属氧化物、多孔聚合物、多功能氧化石墨烯、MOFs及固载化离子液体等)，在这些催化剂中，均相催化剂普遍存在产物分离困难以及后处理带来的环境污染等问题，非均相催化剂虽然解决了均相催化剂与产物不易分离的弊端，但是仍然存在催化剂制备困难，原料成本高、催化反应条件苛刻(高温高压)以及活性组分易流失等缺陷。因此，设计构筑易于分离、活性高、稳定性好的新型多相催化材料，实现CO₂在温和条件下的高效资源化利用成为迫切需求。