环氧丙烷催化羰化合成β-丁内酯
批准号:
22078274
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
李军
依托单位:
学科分类:
精细化工与专用化学品
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李军
中文摘要
β-丁内酯是合成可生物降解“绿色塑料”聚3-羟基丁酸酯的基础单体原料之一,目前尚没有量产化的技术。项目以环氧丙烷催化羰化合成β-丁内酯为技术路线,考虑当前研究的金属钴羰基化合物协同不同金属的Lewis酸催化剂所带来的催化剂分离、回收方面的技术难题,提出研制新型的同钴核离子对催化剂以及基于此的聚离子液体负载型Co基催化剂。为此,(1) 开展两类催化剂的合成和表征研究;(2) 完成性能评价,优化和筛选性能优良的催化剂,完成性能优良催化剂的动力学研究和机理研究;(3) 完成5升反应体系、固定床反应体系的工艺研究。研究目标是走通环氧丙烷羰化合成β-丁内酯的绿色催化路线,为β-丁内酯原料的量产提供可靠的科学和技术基础数据。
英文摘要
β-Butyrolactone is one of the key basic monomers to prepare polyhydroxybutyrate, one of the biogradable polymers utilized as the green plastics. However, no β-butyrolactone production technology in industry has been reported at current time. This project proposes the study on the catalytic synthesis of β-butyrolactone via carbonylation of propylene oxide. However, the current studied catalysts for the system contain cobalt carbonyl compounds and Lewis acids with different metals, which causes difficulty for separation and reuse of the catalysts. In line with this, the homonuclear cobalt-based ion pair catalysts and their poly(ionic liquid)s-supported catalysts are proposed as the efficient catalysts, and the project researches include, 1) synthesis and characterization of the two types of catalysts, 2) optimization and evaluation of the catalytic performance for selecting typical catalysts with their corresponding kinetic and mechanism studies, and 3) implementation of studies of the system in a 5 L reactor and a fixed-bed reactor. The target of this project is to open a green chemistry route for efficient production of β-butyrolactone through the catalytic carbonylation of propylene oxide. The research results will offer the key data on science and technology to develop this preparative way.
β-丁内酯(β-BL)是合成可生物降解“绿色塑料”聚3-羟基丁酸酯的基础单体原料之一。项目以环氧丙烷(PO)和CO催化合成β-BL为背景,开展两类催化剂的研究:均相同Co核阴阳离子对催化剂和非均相聚离子液体(PILs)型催化剂,期望PO的转化率大于 98%,β-BL 的选择性大于 95%,并进行相关的机理和放大研究。设计并合成多种金属的十余种配体,最终合成十余种均相催化剂,其中七种催化剂对应的PO转化率大于 98%,β-BL 的选择性大于 95%。Al核催化剂常温常压下PO的转化率达到99.5%,β-丁内酯的选择性为95.1%;Co核催化剂常温常压下PO转化率大于98%,β-BL的选择性大于95%;三种Al/Co核催化剂常温常压下PO转化率均大于98%,β-BL的选择性均大于95%;同Co核离子对催化剂在THF溶剂中,在50 °C、6.0 MPa的CO压力下,PO转化率100%,β-BL的选择性95.3%,而在DME溶剂中β-BL的选择性达99.0%以上。均相催化放大研究表明,PO转化率和β-BL的选择性几乎没有变化,催化剂中金属可以实现回收。设计合成PILs型非均相催化剂五种,其中Al-[Co(CO)4]ˉ/PIL催化剂在60 ℃、6.0 MPa下能够转化99%的PO,并以96.9%的选择性生成β-BL的替代物3-羟基丁酸甲酯(MHB);为此研究了环氧乙烷(EO)与CO反应制备3-羟基丙酸甲酯(MHP),并形成具有市场前景的1,3-丙二醇制备技术。设计合成了双功能PIL催化剂,在50oC、0.1MPa下PO与CO2反应得到环氧化产物收率和选择性均为100%。上述催化剂进行PO/EO和CO/CO2催化合成β-BL或MHB等均达到预期效果,并将推进企业合作寻找产业化可行性。基于PILs型或拓展PILs型非均相催化剂的研究需要,以理论计算/设计、超临界CO2护孔技术等为手段,进行PILs、COF/MOF、无机(硅气凝胶等)多孔材料/非均相催化剂的研究,并拓展研究体系,包括CO/CO2其他催化反应(如CO2转化为本项目原料CO、CO转化为醇类等)、污染物的吸附/氧化、Au(III)/Ag(I)等回收等。完成超临界CO2反应转化、护孔制备硅气凝胶的产业化,突破了国外技术垄断,建成1000t/a生产线,2024年在核电应用的产品订单达5392.8万元。
CO2膨胀的溶胶-凝胶过程构筑催化剂或载体的孔结构及其应用
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批准号:21476186
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2014
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负责人:李军
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依托单位:
融合机载与车载点云的建筑物群快速三维重建方法研究
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批准号:41471379
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项目类别:面上项目
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资助金额:90.0万元
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批准年份:2014
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负责人:李军
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依托单位:
非室温离子液体辅助的高压快速碳化反应及体系的相平衡、扩散和结晶行为
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批准号:21276212
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:李军
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依托单位:
脂类物质于超临界流体中晶体成核、生长与固液气三相平衡
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批准号:20876127
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项目类别:面上项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2008
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负责人:李军
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依托单位:
气体饱和溶液成粒技术制备脂类药物微胶囊
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批准号:20406015
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2004
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负责人:李军
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依托单位:
国内基金
海外基金