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二氧化碳共聚中SalenAl(OPr)催化剂性能及共单体选择的优化研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球工业化进程的加速，二氧化碳的排放量急剧增加，由此引发的环境问题，如温室效应、全球气候变暖等，已成为全球关注的焦点。据统计，工业化以前全球年均大气二氧化碳浓度为278ppm（1ppm为百万分之一），而2012年全球年均大气二氧化碳浓度达到393.1ppm，到2014年4月，北半球大气中月均二氧化碳浓度更是首次超过400ppm。大气温室效应的不断加剧导致全球气候变暖，产生一系列当今科学不可预测的全球性气候问题。国际气候变化经济学报告显示，如果人类一直维持如今的生活方式，到2100年，全球平均气温将有50%的可能会上升4℃。一旦全球气温上升4℃，地球南北极的冰川将会融化，海平面将因此上升，全世界40多个岛屿国家和世界人口最集中的沿海大城市都将面临被淹没的危险，全球数千万人将受到影响。

在这样的背景下，二氧化碳的有效利用成为了研究的热点领域。其中，二氧化碳共聚反应作为一种将二氧化碳转化为有用材料的方法，具有重要的环保和资源利用意义。通过将二氧化碳与其他单体进行共聚反应，可以制备出具有各种性能的高分子材料，如聚碳酸酯、聚酯等。这些材料不仅可以替代传统的石油基塑料，减少对化石资源的依赖，还具有可降解性，能有效缓解“白色污染”问题，对推动可持续发展具有重要作用。

SalenAl(OPr)催化剂在二氧化碳共聚反应中展现出独特的性能和优势。与其他催化剂相比，SalenAl(OPr)催化剂具有较高的催化活性和选择性，能够有效促进二氧化碳与环氧化物等单体的共聚反应，提高共聚产物的分子量和性能。它还具有制备相对简单、成本较低等优点，为二氧化碳共聚反应的工业化应用提供了可能。深入研究SalenAl(OPr)催化剂对于推动二氧化碳共聚技术的发展和应用具有重要意义。

共单体的选择对于二氧化碳共聚反应也至关重要。不同的共单体与二氧化碳共聚可以得到具有不同结构和性能的共聚物，从而满足不同领域的应用需求。例如，选择合适的共单体可以制备出具有良好生物降解性、热稳定性、机械性能的共聚物，这些共聚物在包装、医疗、电子等领域具有广泛的应用前景。研究共单体在二氧化碳共聚反应中的作用和影响，对于开发新型高性能共聚物材料具有重要的指导意义。

综上所述，对SalenAl(OPr)催化剂及其他共单体在二氧化碳共聚反应中的研究，不仅有助于解决二氧化碳排放带来的环境问题，实现二氧化碳的资源化利用，还能为开发新型高分子材料提供理论基础和技术支持，具有重要的科学研究价值和实际应用意义。

1.2国内外研究现状

自1969年Inoue首次发现ZnEt?-H?O催化CO?和环氧丙烷共聚以来，二氧化碳共聚催化剂的研究历经了50多年的发展，取得了显著的进步。二氧化碳共聚催化剂的研究取得了显著进展，从早期的二乙基锌-助剂体系，到后来的卟啉铝、羧酸锌、双金属、稀土、高位阻二亚胺和SalenMX等催化体系，催化剂的活性、选择性和稳定性不断提高。

比较重要的催化体系有Et?Zn-助剂、羧酸锌、双金属、卟啉铝、稀土、高位阻二亚胺和SalenMX等。其中，SalenMX是2000年以来发展起来的新型催化体系，与卟啉铝和二亚胺体系一样，它也具有由金属和N/O等原子的螯合结构和较高的位阻。但与卟啉铝相比，它制备更加容易，共聚反应时间也大大缩短；与二亚胺相比，它在空气中稳定，对水分也不敏感，同时也保留了二亚胺体系催化效率高，产物分子量分布窄的特点。如果能在此基础上加以改进，将会发展成为一种较有前途的二氧化碳共聚工业催化剂。目前SalenMX中研究得较多的是SalenCrX体系，催化CO?和氧化环己烯（CHO）共聚最高催化效率达到512g/g（TOF为1150h?1），但催化剂制备中采用了较为昂贵的带叔丁基和甲氧基的SalenH?配体、NaN?及对水份十分敏感的CrCl?，成本高；且Cr为有毒的重金属，它在产物中的脱除也会给后处理增加困难。

SalenAlX与卟啉铝十分相似，与铬相比，铝具有价格低、毒性小的优点。2005年Darensbourg用SalenH?和AlEt?（或者Me?AlCl）制备了SalenAlX催化剂，成功进行CO?与CHO共聚，催化效率为73.5g/g（TOF为35.4h?1），但其制备SalenAlX的过程中使用了结构复杂的SalenH?配体和对水份极其敏感的有机金属化合物Me?Al，成本较高。国内也有研究尝试用廉价易得的异丙醇铝替代有机金属化合物AlEt?，与邻苯二胺和水杨醛缩合的Salen