离子液体中二氧化碳/甲醇电化学合成碳酸二甲酯的研究

摘要

能源燃料如石油、煤等燃料的大量使用使得CO2的排放量与日俱增，也导致了很多环境问题。虽然CO2是最主要的温室气体，但它同时也是分布广泛、储量丰富的可循环使用的碳资源。所以无论从生态学还是经济学角度考虑，CO2的转化利用都具有很大的现实意义。碳酸二甲酯(DMC)被称为绿色化学品，因其具有很多的官能团，能够作为烷基、甲基化试剂，汽油添加剂等在很多领域中得到应用。电化学固定CO2能在温和条件下进行，是一种很有效的方法。离子液体是一种新型的绿色溶剂，具有稳定性好、对CO2的溶解性好、导电性好和电化学窗口宽等特性，在有机电合成中被广泛应用。以离子液体为溶剂，来进行CO2的固定转化，合成DMC具有重要的意义。
　　 本文采用循环伏安法对离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)中CO2的电化学还原行为进行了研究，并以CO2为原料用电化学合成法在离子液体中合成了DMC。具体研究内容包括：⑴综述了CO2的排放现状、CO2的电化学还原利用、离子液体的组成及性质以及碳酸二甲酯的合成和应用研究的进展。⑵分别以有机溶剂为溶剂和离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)溶液为介质，用循环伏安法研究了温和条件下CO2在不同电极上的循环伏安行为。并对温度、扫描速度等对循环伏安行为的影响进行了考察。CO2在有机溶剂和离子液体中的还原是受扩散控制的不可逆的过程。⑶用单室型电解池对CO2进行恒电位电解固定制备DMC。讨论了电解电位、电量、温度对DMC收率的影响。以In为电极材料时，在反应温度为40℃时，电解电位为-1.7 V，电解电量为1.0 F/mol的条件下最终产物DMC的产率为76％。Cu为阴极材料在55℃电解电位为-1.8 V电量为1.0 F/mol的条件下DMC的产率为69％。结合实验结果和文献报道，对DMC形成的反应机理进行了初步探讨。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 二氧化碳的物理化学性质及其固定转化途径

1．1．1 二氢化碳基本性质

1．1．2 二氧化碳的固定转化途径

1．2 二氧化碳的电化学还原利用

1．2．1 水溶性介质中二氧化碳的电化学还原

1．2．2 非水溶性介质中二氧化碳的电化学还原

1．3 离子液体的概述

1．3．1 离于液体的发展研究

1．3．2 离子液体的组成及性质

1．4 碳酸二甲酯的合成及应用

1．4．1 国内外碳酸二甲酯市场现状及发展趋势

1．4．2 碳酸二甲酯生产工艺的研究

1．5 本论文的研究意义及研究内容

第二章 有机溶剂中二氧化碳的电化学还原行为研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要的试剂和仪器

2．2．3 循环伏安实验

2．3 结果讨论

2．3．1 不同有机溶剂中的CO2的电化学还原行为

2．3．2 不同的电极材料对CO2的电化学还原的影响

2．3．3 不同温度下的CO2的电化学还原行为

2．4 本章小结

第三章 二氧化碳在离子液体中电化学还原行为研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要的试剂和仪器

3．2．2 电极材料的制备

3．2．3 循环伏安实验

3．3 结果讨论

3．3．1 电沉积银的泡沫镍的表征

3．3．2 离子液体BMIMBF4的循环伏安行为研究

3．3．3 BMIMBF4中CO2的电化学还原行为研究

3．4 本章小结

第四章 离子液体中电化学还原二氧化碳合成碳酸二甲酯

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要的试剂和仪器

4．2．2 二氧化碳与甲醇电化学合成碳酸二甲酯

4．2．3 产物定性分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 温度的影响

4．3．2 电解电位的影响

4．3．3 电解电量的影响

4．3．4 离于液体的循环利用

4．3．5 反应机理的研究

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 主要的创新和不足

5．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果