绿色催化CO2合成喹唑啉-2,4-(1H,3H)-二酮的研究

摘要

近些年来，将 CO2转化为工业增值化合物一直是一项非常有意义的工作，本文提出一个绿色催化转化CO2与2-氨基苯甲腈为喹唑啉-2,4(1H,3H)二酮的研究方案，设计并制备有多重 CO2吸附、催化转化功能的有机聚合物。研究这些聚合物对CO2的吸附、催化转化性能以及偶氮键的存在对CO2/N2吸附选择性的影响，并开发了一条廉价的绿色催化转化CO2的路线。主要研究内容如下：
　　1.为了制备有大的自由体积、比表面积、孔隙度和高CO2吸附量的有机含氮材料，本文设计并合成了四种有机聚合物：对苯二胺聚脒(PDPA)、三聚氰胺聚脒（MAPA）、2,4,6-三氨基嘧啶聚脒（TAPPA）、四（4-氨基苯）甲烷聚脒（FABPA），采用诸多方法对其进行了结构表征，并考察了它们对CO2的吸附性能。
　　（1）首先，经过四步有机合成反应合成四（4-氨基苯）甲烷，利用红外（IR）和核磁（13C NMR）对其进行了结构表征；
　　（2）其次，用对苯二胺、三聚氰胺、2,4,6-三氨基嘧啶、四（4-氨基苯）甲烷作为单体分别和原甲酸三乙酯（TEOF）在一定的反应条件下合成聚脒材料。用IR、13C NMR、X-射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）及 N2吸附脱附（N2 adsorption-desorption）对所制聚脒材料进行了表征，并采用智能型重量分析仪（Intelligent Gravimetric Analyser，IGA）测试了这些材料对CO2的吸附性能。
　　2.选择 MAPA材料作为催化剂，催化转化 CO2与2-氨基苯甲腈合成喹唑啉-2,4(1H,3H)二酮这一反应，以完成CO2增值转化。本论文分别研究了催化剂量、助催化剂（Na2CO3）量、反应时间、压力和温度等对该催化反应的影响，结果表明，喹唑啉-2,4(1H,3H)二酮收率最高可达96％。
　　3.研究了反应温度对三聚氰胺在有机溶剂二甲基亚砜（DMSO）中进行催化CO2与2-氨基苯甲腈合成喹唑啉-2,4(1H,3H)二酮这一反应体系的影响。在此基础上，为了避免DMSO在工业化中产生的危害，实现在绿色反应溶剂中进行CO2的高效增值转化，本论文进一步选用水作反应溶剂，三聚氰胺作为催化剂进行合成喹唑啉-2,4(1H,3H)二酮的反应研究。三聚氰胺在水中的溶解度有温敏效应，升高温度后可完全溶解在水中,降温后三聚氰胺析出，所以三聚氰胺作为催化剂可采用降温快速重结晶的简易方法回收利用。本论文研究了反应温度、时间和压力对反应的影响以及三聚氰胺的热稳定性和可循环利用性能，并通过模拟计算推测出合理的反应机理。研究表明，对于该类反应，三聚氰胺具有催化性能优异、廉价和绿色环保等优势，工业化前景良好。

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第一章 前言

1.1 捕集和催化转化CO2的研究背景

1.2 催化转化CO2合成喹唑啉-2,4(1H, 3H)二酮

1.3 本课题选题的目的及意义

第二章 实验部分

2.1 实验试剂和仪器

2.2 催化剂制备方法

2.3 催化剂的表征

2.4 催化剂的催化性能评价和产物分析

第三章 有机聚脒材料吸附和催化转化CO2

3.1 引言

3.2 设计合成有机多孔材料及吸附性能测试

3.3 CO2吸附性能测试方法介绍

3.4 多孔材料的吸附CO2性能测试

3.5 材料MAPA与TAPPA的N2吸附分析

3.6 聚脒材料的催化性能评价

3.7 本章小结

第四章 绿色方法催化转化CO2

4.1 引言

4.2 有机溶剂中三聚氰胺催化转化CO2

4.3 绿色溶剂中三聚氰胺催化转化CO2

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢