一种具有光热型催化的无金属共轭有机微孔聚合物

专利2026-03-02  8


本发明涉及催化剂制备,具体涉及一种具有光热型催化的无金属共轭有机微孔聚合物。


背景技术:

1、苯乙炔作为苯乙烯聚合反应中的有害物质,在苯乙烯聚合过程中容易引起催化剂中毒,从而影响聚合反应的效率和产品质量。利用物理方法很难将苯乙炔和苯乙烯进行有效分离。因此,通过选择性氢化工艺去除苯乙炔对于提高聚合苯乙烯材料的质量是必要的。然而,如何选择合适的催化剂和反应条件,选择性的还原苯乙炔至苯乙烯,减少过加氢产物苯乙烷的生成是该类反应的最大挑战。

2、为了减少环境污染,目前最常见的选择性还原方法多采用负载型的钯、铂等贵金属为异相催化剂的催化体系;虽然实现了较高的烯烃选择性和较好的反应速率,该类体系仍存在下列问题需要解决:1)钯、铂等金属生产成本较高;2)贵金属催化剂可能易受到硫、氧等杂质的毒化,导致催化性能下降;3)反应多采用“热反应”模式,在高压高温的条件下实现转化,生产过程中能耗较高。因此,开发一种成本低、能耗低、催化性能高的炔烃选择性加氢用催化剂具有十分重要的意义。


技术实现思路

1、针对现有技术中存在的贵金属催化剂成本高、能耗高以及容易受到硫、氧等杂质的毒化而导致催化性能下降的问题,本发明提供了一种无金属共轭有机微孔聚合物光热型催化剂。

2、为了达到上述目的,本发明采用了下列技术方案:

3、一种无金属共轭有机微孔聚合物,其结构式为:

4、

5、一种如前所述的无金属共轭有机微孔聚合物的制备方法,包括以下步骤:采用5,10,15,20-四(4-硼酸频哪醇酯苯基)卟啉和1,3-双(4-溴苯基)-1h-咪唑-3-氯化物为单体,1,4-二氧六环和水为反应溶剂,加入无水碳酸钾和四(三苯基膦)钯作为催化剂,进行suzuki偶联反应,反应结束后将产物冷却室温离心、超声洗涤、索氏萃取和干燥,最终制得咪唑-卟啉基共轭有机微孔聚合物,即无金属共轭有机微孔聚合物。

6、进一步地,所述1,3-双(4-溴苯基)-1h-咪唑-3-氯化物、5,10,15,20-四(4-硼酸频哪醇酯苯基)卟啉、四(三苯基膦)钯与无水碳酸钾的摩尔比为1:0.5:0.1:2.5。

7、进一步地,所述1,4-二氧六环和水的体积比为14:1。

8、进一步地,所述suzuki偶联反应的温度为100℃,时间为72h,氛围为n2氛围。

9、进一步地,所述将产物冷却室温离心、超声洗涤、索氏萃取和干燥的具体步骤为:

10、将产物冷却至室温后离心去除溶液,得到的固体分别用n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、甲醇和水四种溶剂超声波、离心洗涤至溶液无色,再依次用甲醇和二氯甲烷进行索氏萃取,得到的固体产物进行真空干燥。

11、一种如前所述的无金属共轭有机微孔聚合物在炔烃加氢制烯烃反应中的应用。

12、进一步地,以无金属共轭有机微孔聚合物为催化剂,以氨硼烷络合物为氢源、led白灯为光源,将芳香取代型苯乙炔与氨硼烷络合物,加入乙腈,发生加氢反应,得到烯类产物;其中,芳香取代型苯乙炔的结构式如下式所示:

13、

14、式中,r选自氢、c1~c2烷基、烷氧基、氨基、卤素中的任意一种。

15、进一步地,所述苯乙炔与氨硼烷络合物的摩尔比为1:1。

16、进一步地,所述乙腈的体积为2ml,无金属共轭有机微孔聚合物的质量为5mg。

17、进一步地,所述加氢反应的温度为室温,时间为3-10h,氛围为n2氛围。

18、与现有技术相比,本发明具有以下优点:

19、1、无金属共轭有机微孔聚合物催化剂:传统的炔烃选择性加氢催化剂通常包含贵金属元素,这些金属催化剂通常价格昂贵,可能引入金属残留物或产生环境污染,同时也可能具有毒性。然而,本发明中的无金属共轭有机微孔聚合物催化剂不包含任何金属元素,因此具有更高的环境友好性。这一优点的原因在于采用了不含金属的有机聚合物材料,这有助于降低生产成本,避免金属催化剂因受到硫、氧等杂质毒化而对催化性能产生的不利影响,以及减少生产过程对环境的不利影响,符合可持续发展的原则。

20、2、光热型催化:与传统的催化剂相比,本发明中的无金属共轭有机微孔聚合物表现较好的光热转化性能。采用可见光为光源,氨硼烷为氢源,该聚合物在芳香炔烃加氢反应中表现出较高的催化效率,且产物烯烃选择性极高;该体系避免了传统炔烃选择性加氢体系中额外热源及高压氢气的使用,有效降低能耗,减少了副产物芳香烷烃的生成。这对于生产高纯度的芳香烯烃和减少废弃物产生具有重要意义,尤其在化工合成和制药工业领域。

21、综上所述,本发明通过采用无金属共轭有机微孔聚合物为异相催化剂,改进了炔烃选择性加氢的过程,提高了产物选择性并减少了环境污染、降低能耗。这两个创新性的优点分别源于催化剂的微孔结构、光热特性和无金属特性,使其在化学工业中具有广泛的应用前景,能够满足高纯度化合物的需求,同时降低了生产的环境风险。



技术特征:

1.一种无金属共轭有机微孔聚合物,其特征在于,其结构式为:

2.一种权利要求1所述的无金属共轭有机微孔聚合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:采用5,10,15,20-四(4-硼酸频哪醇酯苯基)卟啉和1,3-双(4-溴苯基)-1h-咪唑-3-氯化物为单体,1,4-二氧六环和水为反应溶剂,加入无水碳酸钾和四(三苯基膦)钯作为催化剂,进行suzuki偶联反应,反应结束后将产物冷却室温离心、超声洗涤、索氏萃取和干燥,最终制得咪唑-卟啉基共轭有机微孔聚合物,即无金属共轭有机微孔聚合物。

3.根据权利要求2所述的无金属共轭有机微孔聚合物的制备方法,其特征在于,所述1,3-双(4-溴苯基)-1h-咪唑-3-氯化物、5,10,15,20-四(4-硼酸频哪醇酯苯基)卟啉、四(三苯基膦)钯与无水碳酸钾的摩尔比为1:0.5:0.1:2.5。

4.根据权利要求2所述的无金属共轭有机微孔聚合物的制备方法,其特征在于,所述1,4-二氧六环和水的体积比为14:1。

5.根据权利要求2所述的无金属共轭有机微孔聚合物的制备方法,其特征在于,所述suzuki偶联反应的温度为100℃,时间为72h,氛围为n2氛围。

6.根据权利要求2所述的无金属共轭有机微孔聚合物的制备方法,其特征在于,所述将产物冷却室温离心、超声洗涤、索氏萃取和干燥的具体步骤为:

7.一种权利要求1所述的无金属共轭有机微孔聚合物的应用,其特征在于,用于炔烃加氢制烯烃反应。

8.根据权利要求7所述的无金属共轭有机微孔聚合物的应用,其特征在于,以无金属共轭有机微孔聚合物为催化剂,以氨硼烷络合物为氢源、led白灯为光源,将芳香取代型苯乙炔与氨硼烷络合物,加入乙腈,发生加氢反应,得到烯类产物;其中,芳香取代型苯乙炔的结构式如下式所示:

9.根据权利要求8所述的无金属共轭有机微孔聚合物的应用,其特征在于,所述苯乙炔与氨硼烷络合物的摩尔比为1:1,乙腈的体积为2ml,无金属共轭有机微孔聚合物的质量为5mg。

10.根据权利要求8所述的无金属共轭有机微孔聚合物的应用,其特征在于,所述加氢反应的温度为室温,时间为3-10h,氛围为n2氛围。


技术总结
本发明涉及催化剂制备技术领域,具体涉及一种具有光热型催化的无金属共轭有机微孔聚合物。本发明采用5,10,15,20‑四(4‑硼酸频哪醇酯苯基)卟啉和1,3‑双(4‑溴苯基)‑1H‑咪唑‑3‑氯化物为单体,1,4‑二氧六环和水为反应溶剂,加入无水碳酸钾和四(三苯基膦)钯作为催化剂,通过Suzuki偶联反应,反应结束后将产物冷却室温离心、超声洗涤、索氏萃取和干燥,制得无金属共轭有机微孔聚合物。以LED白光为光源,氨硼烷为氢源,该无金属共轭有机微孔聚合物作为催化剂,用于炔烃加氢制烯烃反应中,改进了炔烃选择性加氢的过程,提高了产物选择性并减少环境污染、降低反应能耗。

技术研发人员:张玲娟,郑家意,张献明
受保护的技术使用者:山西师范大学
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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