基于離子液體交聯(lián)聚合物納米粒子的制備及其在CO2固定中的應用.pdf

1、離子液體作為“綠色”溶劑以及新型催化劑在各個研究領域都得到了廣泛的關注。離子液體具有低蒸汽壓,不易揮發(fā),寬的液態(tài)溫度范圍,優(yōu)異的化學和熱穩(wěn)定性,不易燃,對大量的無機和有機物都具有良好的溶解能力,且具有溶劑和催化劑的雙重功能,極性可調(diào)控,可以形成二相或多相體系等優(yōu)點,因此在許多化學過程比傳統(tǒng)有機溶劑更有效、更清潔。本文研究了一步法制備基于離子液體交聯(lián)聚合物納米粒子,探討了一步法制備交聯(lián)聚合物納米粒子的形成機理,并考察了該納米粒子在催化 C

2、O2與環(huán)氧化合物環(huán)加成反應中的應用。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　1.探索了氯化1-乙烯基-3-(2-甲氧基-2-氧乙基)咪唑離子液體([VMIM]Cl)的合成方法,首次采用一步法由[VMIM]Cl和交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)在選擇性溶劑中交聯(lián)共聚,合成了幾種基于咪唑離子液體交聯(lián)聚合物納米粒子(Cross-Linked Polymeric Nanoparticles, CLPN)。結(jié)果表明納米粒子的粒徑大約在

3、350nm,并且通過掃描電鏡(SEM),原子力顯微鏡(AFM),FT-IR, TGA以及XRD對其進行了表征。此外,該交聯(lián)聚合物納米粒子可用于催化CO2與環(huán)氧化合物的環(huán)加成反應,催化反應活性高,選擇性好。系統(tǒng)地考察了反應時間,反應溫度,CO2壓力和催化劑用量等對環(huán)碳酸酯產(chǎn)率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在催化劑用量為0.1g,CO2壓力為5MPa,在160°C下反應12h,環(huán)碳酸酯的產(chǎn)率達到98.4％。反應后催化劑可通過簡單的過濾將產(chǎn)物與催化劑分離

4、回收,且可以重復使用,使用5次后環(huán)碳酸酯的產(chǎn)率略有降低,而選擇性保持不變。
　　2.探索了氯化4-乙烯基芐基三丁基鏻離子液體(PIL)的合成,采用一步法由PIL與交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)以不同摩爾比例、在低分子量的醇中交聯(lián)聚合制備了幾種基于季鏻鹽離子液體交聯(lián)聚合物納米粒子(CLPN)。結(jié)果表明可以制備粒徑為10–100nm的納米粒子,并且CLPN粒徑的大小可通過EGDMA與PIL的不同摩爾比來調(diào)節(jié)。用動態(tài)光散射(D

5、LS),掃描電鏡(SEM),透射電鏡(TEM),原子力顯微鏡(AFM),TGA,原子吸收光譜和FT-IR等對其結(jié)構(gòu)、性能和形貌進行了表征。此外,考察了CLPN催化CO2與環(huán)氧化合物的環(huán)加成反應,結(jié)果表明該 CLPN具有非常高的催化活性和選擇性。系統(tǒng)地研究了反應溫度、時間、CO2壓力和催化劑用量等對環(huán)碳酸酯產(chǎn)率和選擇性的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在較溫和的催化條件下(0.1gCLPN,3.0MPaCO2,140?C和3h),環(huán)碳酸酯的產(chǎn)率和選擇性都

6、達到100%。CLPN催化劑在產(chǎn)物中可以形成均相的溶液,可以通過加入沉淀劑將CLPN回收,CLPN重復使用6次后其催化活性降低不到1.5%,仍然具有很高的催化活性和選擇性。
　　3.合成了聯(lián)咪唑類離子液體,然后采用一步法由聯(lián)咪唑([BIM]X)與交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)或二乙烯基苯(DVB)進行交聯(lián)共聚制備了幾種基于聯(lián)咪唑離子液體交聯(lián)聚合物納米粒子(CLPN)。并考察其在 CO2與環(huán)氧化合物環(huán)加成反應中的應用。采用