基于甘油氢解和CO2醇解反应过程集成的碳酸丙烯酯新绿色合成反应研究

设计制备纳米金属粒子均匀分散在B-L双酸性离子液体中的负载型多功能催化剂，实现甘油氢解制备1,2-丙二醇反应与CO2醇解合成碳酸丙烯酯反应过程集成。本项目特色在于：将生物柴油副产物甘油和温室气体CO2资源作为化工原料有效利用，通过新型催化材料的设计制备及反应集成技术的应用，实现合成碳酸丙烯酯的新绿色工艺。主要研究内容包括B-L双酸性离子液体的制备与表征、纳米金属粒子均匀分散在B-L双酸性离子液体中的负载型多功能催化剂的制备与表征、甘油氢解合成1,2-丙二醇与CO2醇解合成碳酸丙烯酯反应过程集成、多功能催化剂中各种活性位之间的相互作用等。本项目对于节能减排、资源有效利用、改善生态环境、开发环境友好化工工艺提供知识积累和技术支撑。

生物柴油生产过程中副产大量甘油，其有效利用已成为国内外的研究热点。甘油氢解和CO2醇解（或尿素醇解）反应集成是合成碳酸丙烯酯（PC）的新绿色反应工艺，也是甘油化学利用的有效途径之一。鉴于该集成反应同时需要B酸中心和L酸中心催化，而B-L双酸性离子液体本身兼具B酸性和L酸性，可满足上述集成反应的要求。因此，对B-L双酸性离子液体的制备、表征及应用研究很有意义。. 本项目所取得的主要研究成果包括：（1）在环境压力下，以纯甘油为原料，采用Cu/γ-Al2O3催化甘油氢解合成1,2-丙二醇（PG）反应，PG收率达92.9%；金属铜颗粒粒径及分散度与其催化性能之间存在较好的关联。（2）首次在固定床反应器上实现CO2醇解合成PC反应，PC收率和选择性分别为8.8%和27.7%，为反应集成奠定基础。（3）在固定床反应器上，采用Zn-Al氧化物催化尿素醇解合成PC反应，PC收率达87.4%；通过在线反应红外技术明晰了其反应机理。（4）实现了甘油氢解与尿素醇解反应过程集成，PC与PG两种产物的收率分别为16.3%和81.2%；并推测了该集成反应机理。（5）成功制备了两种阳离子为B酸性、阴离子为L酸性的混合型B-L双酸性离子液体（[HSO3-b-N-(C2H5)3]Cl-xZnCl2和[HO3S-(CH2)4-mim]Cl-xZnCl2）和两种阳离子含B-L双酸性的离子液体（[CH3COO-Zn-O3S-bim-CH2CH2COOH]Cl和[CH3COO-Zn-O3S-bim-C4H5O4]Cl），并对其进行了结构和酸性表征。（6）将合成的B-L双酸性离子液体[HO3S-(CH2)4-mim]Cl-xZnCl2用于催化苯氨基甲酸甲酯与甲醛缩合反应，产物二苯甲烷二氨基甲酸甲酯收率高达99.1%；离子液体重复使用五次，其催化性能基本不变；在此基础上推测了B-L双酸性离子液体的催化作用机理。（7）扩展研究：分别对甘油氢解合成1,3-丙二醇和甘油与甲醇反应合成甲基甘油醚两个反应体系进行了研究，获得了有意义的实验结果。