1、毕业论文 开题报告 环境工程 咪唑类离子液体在二氧化碳与环氧化合物环合反应中的催化性能研究 一、选题的背景、意义 随着人类工业化的进程，温室效应对人类的生存与发展提出了严重的挑战。作为温室气体的 主要成分， CO2排放量的增加直接导致了温室效 应的加剧， CO2是碳和含碳化合物氧化的最终产物，是主要的温室气体之一。同时， CO2也是地球上最丰富的 C1资源之一，具有储量大、安全无毒和价廉易得等优点。因此， CO2资源利用具有重大的经济和环境意义。近几十年来，CO2化学已引起各国化学家的广泛关注，尤其是温和条件下的 CO2化学 固定。 以 CO2为原料制备有用化学品还有很多突出的优点： CO2价
2、格低廉、无毒，常用于代替剧毒的化学品 光气。异氰酸酯等 ；与媒、石油相比，它是一种可再生资源，可以循环利用，符合当今社会可持续发展的要求；从 CO2出发可以制备出很多性能优良、价格低廉的化学品，如有广泛用途的碳酸二酯、聚碳酸酯等；一定程度上减少了 CO2的排放，为抑制全球气候变暖提供一种可能。近来，我国学者在 CO2利用的研究领域取得了可喜的成绩。例如，有关 CO2的分子催化活化并进行化学转化利用方面，采用离子液体、金属配合物、季铵盐或季鏻盐、 金属盐负载于金属氧化物等催化体系，合成碳酸酯及其衍生物。 因此，通过化学转化的方式将这种主要的温室气体转化为有用的化工产品，既有利于环境保护，又为化学
3、工业提供了清洁和可再生的 C1原料，减少了化学工业对日益减少的化石资源的依赖。 近十几年来，离子液体作为“清洁”溶剂和新催化体系正受到世界各国催化界及石化企业界的关注常温离子液体是指在常温下呈液态的熔盐体系，由烷基吡啶或双烷基咪唑季铵盐组成，具有优异的化学和热稳定性，可溶解多种有机、无机化合物及金属配合物等由于离子液体的蒸汽压低，可在较高温度下工作，故可用蒸 馏等方法将离子液体与产 物分离，达到重复利用的目的早在 2O世纪 80年 代初期，英国 BP公司和法国 IFP等研究机构开始探索离子液体作为溶剂与催化剂的可能性，并取得 相当好的结果，如 Ffiedel Crafts反应、烷基化、异构 化
4、、烯烃二聚及催化加氢和 Diets Alder反应等 Deng等发现离子液体是环氧化合物和 CO2合成环状碳酸酯的有效催化剂。 二、 相关研究的最新成果及动态 均相催化体系 在均相催化体系中，配合物催化剂能够催化环氧丙烷与二氧化碳反应生成碳酸丙烯酯，其缺点是使用的催化剂浓度比较高，反应收率比较低。 季铵盐、季膦盐和碱金属盐催化剂对环氧丙烷与二氧化碳的加成反应有高的催化活性，转化率比较高。一类均相金属离子配合物催化剂，代号为 MC一 3，在反应温度 135 ，压力 3 MPa条件下，催化环氧丙烷与二氧化碳反应，碳酸丙烯酯的产率大于 94%。另外，碱金属盐催化剂还可以在大环冠醚等的助催化下催化碳酸
5、丙烯酯的合成反应。由于大环冠醚的毒性比较强，降低了这种合成方法的实用价值。最近， Ono等人利用微波辐射技术研究了环氧化合物与 CO2的环合反应，反应在不含溶剂的体系中进行。他们使用的催化剂包括四种锌盐和五种离子液体在内，比 较了一般油浴加热和微波加热条件下产物的收率，反应速率；通过比较发现微波加热的产物收率高于一般油浴加热者，反应活化能小于一般油浴加热者。通过动力学分析认为微波中的非热的影响导致反应活化能降低。 多相催化体系 在多相催化体系中，以金属氧化物为载体的负载型碱金属卤化物催化体系可催化环氧丙烷与二氧化碳反应生成碳酸丙烯酯。例如在 ZnO上负载碘化钾 (KI)，当负载量为 3 mmo
6、l g，CO2初始压力高于 5 MPa后， PC 产率可以达到 96%。另外，分子筛，如 MCM-41和 ETS-10也可以作为载体，在其中负载上碱金属或 碱土金属，或负载上铝酞箐等。以共沉淀一水热处理法制备的 ZnA1类水滑石既有丰富的碱性位，也有比较强的酸性位 ,另外，层间的阴离子有比较强的亲核性，因此有比较好的催化活性和多相催化效果；同时其催化过程不用有机溶剂，工艺的绿色化程度比较高。再有是金属的复合氧化物，如 Mg A1复合氧化物，镧系金属的氯氧化物也是催化环氧丙烷与二氧化碳反应生成碳酸丙烯酯的多相催化剂。但这些催化剂的催化活性和选择性均偏低，反应条件相对苛刻。因此，探索更加高效、绿色
7、的非均相催化体系是实现理想的环加成反应的关键。 近年来 ,将均相的离子液体嫁 接到各种载体上，制成高效的非均相嫁接型离子液体已成为目前的研究重点 三、 课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 研究内容 :在于探索离子液体对二氧化碳与环氧化合物反应有无催化作用；作为催化剂催化二氧化碳与环氧化合物反应中，不同链长对催化效果的影响，并对实验结果进行理论上的分析。 研究方法 :用 N-甲基咪唑、不同链长的正溴代烷烃作为原料合成一系列咪唑类离子液体作为催化剂，催化 CO2与环氧化合物反应 ,通过比较溴代烷烃链的长短对催化效果的影响 ,对实验结果进行理论上的分析，得出在催化过程
8、 中，比较合适的链长。 难点 :控制 环加成反应条件对碳酸丙烯酯合成的影响 ,使不同链长的离子液体催化剂在适合的同一反应条件下发挥最佳催化效果 。 预期达到的目标 :催化剂中烷烃链的长短对于 CO2 与环氧化合物反应的催化性能能得出一个规律 。 四、论文详细工作进度和安排 2010 年 11 月 25 前 完成选题 2010 年 11 月 26 2011 年 1 月 1 日 收集资料、查文献 2011 年 1 月 2 日报 2011 年 1 月 10 日 完成开题报告、文献综述和外文翻译 2011 年 2 月 21 日 2011 年 4 月 10 日 毕业设计实验 2011 年 4 月 10
9、日 2011 年 5 月 10 日 毕业论文撰写 五、主要参考文献 1 张锁江，徐春明，吕兴梅，周青 .离子液体与绿色化学 .北京：科学出版社 .2009,5(1):250-251 2 闵恩泽，吴巍，等绿色化学与化工 M北京：化学工业出版社， 2000 3 Lu X B， LiangB， ZhangYJ， TianYZ， WangYM， BaiCX， Wang H， Zhang R JAm Chem Soc， 2004， 126 (12):3732 4 张星辰 . 离子液体 从理论基础到研究进展 .北京 :化学工业出版社 .2009,1(1)8 5 王军 .离子液体的性能及应用 .北京 ;中国
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