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CO₂共聚催化剂、共聚单体及共聚反应的研究

作　者: 胡庭维
导　师: 贾庆明
学　校: 昆明理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: CO2 聚邻氨基苯酚金属Salen催化剂 α-环氧蒎烷共聚反应
分类号: O613.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

20世纪中叶以来,工业二氧化碳(CO2)排放急剧增加,直接导致全球变暖、气候异常、生态失衡等一系列严重后果。同时,CO2又是一种可再生的碳一资源,其广泛存在于自然界中,无毒、不易燃且廉价易得。将温室气体CO2与环氧化合物进行共聚反应,制备可降解型聚碳酸酯高分子材料,其对碳一资源再利用、环境保护及缓解石油资源短缺均有着重要的意义。本论文研究C02共聚的催化剂,CO2共聚的单体及催化共聚反应。具体研究内容和主要结论如下：1.制备了水杨醛缩乙二胺类Salen-金属催化剂,采用微波法和浸渍法将均相金属Salen催化剂负载在分子筛上制备非均相催化剂；同时,制备了手性3,5-二叔丁基水杨醛缩环己二胺类Salen-金属催化剂。红外、紫外、热重等分析表明,均相和非均相金属Salen催化剂合成成功,且具有较高的热稳定性,可满足一般催化反应需要。2.采用简单的化学氧化法合成了聚邻氨基苯酚,红外、紫外、热重等分析表明,其分子链中具有酚羟基基团,热稳定性较高,且具有较好的晶型。通过改变聚合时间,此方法合成POAP的形貌可控,其形貌的生长过程为花刺状微粒-菊花状微粒-毛绒球状微粒-饱满球状微粒。POAP具有优异的抗菌活性,其对枯草芽孢杆菌的最小杀菌浓度最高可达16μg/ml,且不同形貌对抗菌性能有明显影响,结构越松散,与细菌有效接触面积越大,其抗菌活性越高。3.将金属盐和金属Salen催化剂负载到POAP上,以制备POAP负载型催化剂,通过改变溶剂,可实现此类催化剂的均相催化、非均相分离。红外、紫外、热重、XPS等分析表明,目标金属及金属Salen催化剂负载成功,且其POAP负载型催化剂具有较高的热稳定性。然而,金属和金属Salen催化剂的负载量较低。4.以水杨醛缩乙二胺类Salen-金属及其负载型催化剂催化α-蒎烯环氧化反应,制备了α-环氧蒎烷。采用单因素法和响应曲面法探索预测了反应工艺条件,最佳优化条件和催化剂用量是：反应温度为0℃,反应时间为6h,催化剂用量为6mg,在此条件下实验,得到的环氧蒎烷收率为74%,此结果与响应曲面法预测的最大值相差不大。分子筛固载金属Salen催化剂催化α-蒎烯环氧化反应效果较好,对比均相金属催化剂的催化活性降低不多,其环氧蒎烷的收率均达50%以上循环使用五次后,其催化产率没有明显下降。5.以手性3,5二叔丁基水杨醛缩环己二胺类Salen-金属及其POAP负载型催化剂催化CHO/CO2反应,采用红外、气相色谱和质谱表征分析聚合产物。结果表明,POAP负载钴和铬金属Salen的催化剂可催化CHO/CO2发生反应,其中以POAP/SalenCrCl2的催化活性最高,转化率可达78.73%,聚碳酸酯的选择性为51.36%。6.在不同反应条件下,采用POAP负载金属盐及负载金属Salen催化剂催化α-环氧蒎烷与CO2反应,采用红外、气相色谱和质谱分析结果表明α-环氧蒎烷与CO2未发生共聚反应。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-22
  1.1 CO_2共聚机理  11-13
  1.2 CO_2共聚催化剂体系  13-16
    1.2.1 均相Salen催化剂  14-15
    1.2.2 负载型Salen催化剂  15-16
  1.3 共聚单体  16-19
    1.3.1 环氧化合物  16-17
    1.3.2 烯类化合物及其他类化合物  17-18
    1.3.3 可再生资源单体  18-19
    1.3.4 环氧蒎烷  19
  1.4 本课题研究目的和意义  19-20
  1.5 本课题研究的主要内容  20-22
第二章金属Salen催化剂制备和表征  22-33
  2.1 试剂及设备  22-23
  2.2 实验部分  23-25
    2.2.1 水杨醛缩乙二胺Salen及金属Salen催化剂的制备  23
    2.2.2 3,5-二叔丁基水杨醛缩环己二胺及其金属Salen的制备  23-25
  2.3 测试及表征  25-26
  2.4 结果与讨论  26-31
    2.4.1 水杨醛缩乙二胺类金属Salen催化剂  26-30
      2.4.1.1 均相催化剂  26-28
      2.4.1.2 分子筛负载型催化剂  28-30
    2.4.2 3,5-二叔丁基水杨醛缩环己二胺类金属Salen催化剂  30-31
  2.5 本章小结  31-33
第三章邻氨基苯酚及其负载金属Salen催化剂的制备和表征  33-47
  3.1 试剂及设备  34-35
  3.2 实验部分  35
    3.2.1 聚邻氨基苯酚的制备  35
    3.2.2 聚邻氨基苯酚负载金属的制备  35
    3.2.3 聚邻氨基苯酚负载金属Salen的制备  35
  3.3 测试和表征  35-36
    3.3.1 抗菌敏感性实验  35-36
    3.3.2 结构及形貌表征  36
  3.4 结果与讨论  36-45
    3.4.1 聚邻氨基苯酚  36-42
      3.4.1.1 结构表征分析  36-38
      3.4.1.2 形貌表征分析  38-39
      3.4.1.3 稳定性  39-40
      3.4.1.4 抗菌活性及形貌对其的影响  40-42
    3.4.2 聚邻氨基苯酚负载金属催化剂  42-44
    3.4.3 聚邻氨基苯酚负载金属Salen催化剂  44-45
  3.5 本章小结  45-47
第四章环氧蒎烷的制备  47-56
  4.1 实验试剂及设备  47-48
  4.2 实验部分  48
    4.2.1 金属Salen催化体系  48
    4.2.2 POAP负载金属催化体系  48
  4.3 测试及表征  48-49
  4.4 结果与讨论  49-54
    4.4.1 金属Salen催化体系  49-54
      4.4.1.1 均相催化剂催化  49-53
      4.4.1.2 固载型催化剂催化  53-54
    4.4.2 POAP/金属催化剂体系  54
  4.5 本章小结  54-56
第五章 CO_2与环氧化合物共聚反应  56-63
  5.1 实验试剂及设备  57
  5.2 实验部分  57
  5.3 表征及分析  57
  5.4 结果与讨论  57-61
    5.4.1 环氧环己烷与CO_2催化共聚  57-61
      5.4.1.1 均相金属Salen催化催化共聚  57-59
      5.4.1.2 POAP负载金属及金属Salen催化共聚  59-61
    5.4.2 环氧蒎烷与CO_2催化共聚  61
  5.5 本章小结  61-63
第六章结论  63-65
  6.1 本课题结论  63-64
  6.2 后续工作展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-72
附录  72-74
  硕士期间发表的论文和专利  72-74

CO2共聚催化剂、共聚单体及共聚反应的研究

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