二氧化碳高效催化转化制备重要化学品的研究

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二氧化碳高效催化转化制备高附加值化学品具有重要意义。本论文设计了多种催化体系,并将其用于催化CO2反应生成重要的大宗化学品,主要研究内容如下:  1.发现在制备大孔树脂(SMR)负载型Ag纳米催化剂(AgNPs/SMR)过程中,Ag粒子的尺寸和尺寸分布可通过溶剂中醇的种类及水-醇比调节,在50vol%水-甲醇溶液中制得的催化剂中Ag纳米颗粒最小,粒径分布为1-3nm。结果表明,在此条件下制备的催化剂能在常温常压下高效催化CO2与炔醇反应生成α-亚烷基环状碳酸酯,目标产物产率可超过90%,且催化剂循环使用五次催化活性无明显下降。这是用金属纳米颗粒催化此类反应的首次报道。  2.设计了以Ru-Co双金属为催化剂、LiBr为助剂、双三苯基膦氯化铵(PPNCl)为配体的催化体系,研究了其对CO2加氢制备含两个碳以上醇(C2+OH)反应的催化性能。该催化体系能在相对温和的条件下高效催化CO2加氢生成甲醇、乙醇、丙醇和异丁醇,反应活性达到33.7C mmol L-1h-1,C2+OH的选择性可达到90.8%。在反应中,LiBr能提高反应活性,PPNCl能提高C2+OH的选择性。催化体系循环使用五次后,其催化性能没有明显降低。  3.发现以Rh2(CO)4Cl2为催化剂、4-甲基咪唑为配体、LiCl和LiI为助剂的催化体系能在相对温和的条件下高效催化CO2、H2与甲醇反应生成乙酸。乙酸从150℃开始生成,当温度为180℃时,转化频数(TOF)能达到26.2h-1,乙酸的产率高达81.8%。Rh2(CO)4Cl2中羰基(CO)与Cl-的协同作用、4-甲基咪唑适宜的碱性和芳香性、Cl-与配体间的氢键作用是此催化体系具有优异性能的关键。机理研究表明,反应不经过CO路径。  4.提出了均相与多相催化剂耦合催化CO2加氢合成液体燃料的思路。研究表明,在1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶剂中,以LiCl和LiI为助剂,采用均相催化剂RuCl3催化逆水煤气变换反应、多相催化剂Ru0催化费托合成(FTS)反应。在180℃下,生成液体燃料(C5-C28正构烷烃)的选择性高达71.1%,反应的TOF可达9.5h-1,反应温度低于文献报道值。催化剂中各组分的协同作用是提高反应效率的关键。
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