[发明专利]一种高离子液体含量的超交联多孔聚离子液体、制备方法及应用

说明书

一种高离子液体含量的超交联多孔聚离子液体、制备方法及应用，首先利用N‑乙烯基咪唑和1,4‑对二溴苄经季铵化反应得到含溴化苄官能团的乙烯基咪唑功能化单核离子液体；然后以其作为聚合单体在有机溶剂中完成自由基自聚合反应，得到线性聚离子液体；最后在金属催化剂作用下，和交联剂发生Friedel‑Crafts烷基化反应得到超交联多孔聚离子液体。该聚离子液体具有大比表面积(最高可达855msupgt;2/supgt;gsupgt;‑1/supgt;)、多级孔结构、高离子液体含量(2.01～2.31mmol gsupgt;‑1/supgt;)以及良好的亲COsubgt;2/subgt;性质和热稳定性，能够作为非金属多相催化剂高效催化常压低温下COsubgt;2/subgt;环加成反应，并表现出良好的回收稳定性和广泛的底物适用性。

技术领域

本发明涉及有机化工中多相催化剂的制备技术领域，具体是涉及一种高离子液体含量的超交联多孔聚离子液体、制备方法及应用。

背景技术

随着化石能源的大量开发和利用，特别是进入21世纪后，人类面临着实现经济、能源可持续发展以及环境保护的重大挑战，因而发展绿色化学过程与开发清洁的可再生资源成为当今化工生产的发展趋势。二氧化碳(CO₂)是典型的温室气体，同时又是一种储量丰富、安全廉价的绿色可再生C1资源。将CO₂转化为高附加值的精细有机化工产品，能减少温室气体的排放以及化学工业对化石资源的依赖，同时创造社会经济价值和环境效益。其中，CO₂环加成反应是一种具有“原子经济性”的CO₂绿色化学转化，可合成出具有制药和精细化学品价值的五元环状碳酸酯。目前，各种各样的均相和多相催化剂可用于CO₂环加成反应。然而，针对于温和反应条件下，特别是常压低温下的CO₂转化，开发无助剂-无溶剂的高效非金属多相催化体系依然挑战很大。

离子液体具有可设计的酸中心(如阳离子部分)和碱中心(比如卤素阴离子)，可作为高效的催化位点同时活化环氧化合物和CO₂，因此离子液体在环加成反应中取得了令人瞩目的研究进展。然而，均相的离子液体不利于催化剂的便捷回收和产物分离等。将离子液体固载于各类高比表面积的多孔材料，如多孔二氧化硅、氧化石墨烯或共价有机框架，是离子液体多相化最常用的手段，但受离子液体含量的限制，所制备的催化剂往往需要苛刻的反应条件才能完成CO₂转化。多孔聚离子液体结合了多孔有机聚合物和离子液体的优势，是用于常压低温下CO₂环加成反应的优良候选多相催化剂。前人一系列研究表明，多孔聚离子液体具有高离子液体含量和良好的孔隙结构，非常有利于CO₂的捕集和常压下转化。所以，研究者们致力于聚离子液体的孔隙结构和离子液体含量调节。但是，由于两者具有典型的“跷跷板”效应，所以制备出兼具高离子液体含量和大比表面积的多孔聚离子液体仍然是难点。

最近，研究者们通过Friedel-Crafts烷基化反应制备出一系列高比表面积的超交联多孔聚离子液体。这类超交联聚离子液体往往具有优良的孔隙结构，但是由于离子液体阳离子为强吸电子基团，会阻碍离子液体单元进入聚合物骨架，所以其离子液体含量通常很低。基于此，面向常压低温下无溶剂CO₂环加成反应，寻找一种方便和适用性强的合成策略，制备出兼具高离子液体含量和大比表面积的超交联多孔聚离子液体，以构建高效的无金属多相催化体系，正是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是寻找一种方便和适用性强的合成策略，制备出兼具高离子液体含量和大比表面积的超交联多孔聚离子液体，作为非金属多相催化剂用于常压低温下无溶剂CO₂环加成反应时，并表现出优异的催化活性、良好的回收复用性以及广泛的底物适用性。本发明旨在开发出具有应用前景的绿色高效、无溶剂-无助催化剂多相非金属催化体系，以改善目前工业上CO₂环加成反应需高温高压等缺陷。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：