摘 要

利用二氧化碳制备生物降解塑料因能缓解碳资源短缺和解决白色污染问题而引起人们广泛的兴趣。其中利用二氧化碳和环氧丙烷共聚合制备可降解的聚丙撑聚碳酸酯（PPC）为目前的一个重要的研究方向。针对PPC热性能和生物降解性能欠缺的问题，本论文选用DMC双金属催化剂催化二氧化碳（CO₂）、环氧丙烷（PO）和丙交酯（LA）进行三元共聚合。其主要研究内容如下：

1. 本论文主要合成了Fe-Zn DMC双金属催化剂，Fe-Zn-Co 催化剂，Fe-Zn-Cr，Co-Zn DMC双金属催化剂，共4种催化剂。
2. 将制备的催化剂应用于催化PO均聚，LA均聚，CO2和PO共聚，CO2，PO和LA的三元共聚合，研究催化剂的改变对聚合的影响。

关键词：二氧化碳；环氧丙烷；丙交酯；双金属催化剂；三元聚合

Abstract

The use of carbon dioxide to prepare biodegradable plastics has been widely interested in mitigating carbon resource shortages and solving white pollution problems. Among them, the use of carbon dioxide and propylene oxide copolymerization to prepare biodegradable polypropylene polycarbonate (PPC) is an important research direction. In this paper, DMC bimetallic catalysts were used to catalyze the ternary copolymerization of carbon dioxide (CO2), propylene oxide (PO) and lactide (LA) in response to the lack of thermal properties and biodegradability of PPC. The main research contents are as follows:

1.In this paper, Fe-Zn DMC bimetallic catalysts, Fe-Zn-Co catalysts, Fe-Zn-Cr and Co-Zn DMC bimetallic catalysts were synthesized.

2. The prepared catalyst was applied to catalyze the homopolymerization of PO homopolymerization, LA homopolymerization, CO2 and PO copolymerization, CO2, PO and LA to study the effect of catalyst change on polymerization.

Key words: carbon dioxide; propylene oxide; lactide; bimetallic catalyst; ternary polymerization

目录

摘要 III

Abstract IV

目录 V

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 研究背景 1

1.2二氧化碳的利用研究现状 2

1.2.1 二氧化碳传统应用 2

1.2.2 二氧化碳合成碳酸酯 3

1.3 催化剂的介绍 4

1.3.1 均相催化剂 4

1.3.1.1 酚氧基锌催化剂 4

1.3.1.2 β-二亚胺配合物催化剂 4

1.3.1.3 金属Salen催化剂 4

1.3.1.4 金属卟啉催化剂 5

1.3.2 非均相催化剂 5

1.3.2.1 二乙基锌体系 5

1.3.2.2 稀土金属盐体系 5

1.3.2.3 双金属氰化配合物催化体系（DMC） 6

1.4 二氧化碳合成其他共聚体 7

1.4.1 二氧化碳、环氧丙烷和丙交酯的三元聚合 7

1.5 本课题的研究意义、思路及内容 8

1.5.1 课题的研究意义 8

1.5.2 课题的研究思路及主要研究内容 9

第二章 DMC双金属催化剂的制备 11

2.1 引言 11

2.2 实验药品及仪器 11

2.2.1 实验药品 11

2.2.2 实验仪器 12

2.3 实验试剂准备 12

2.4 实验部分 12

2.4.1 Fe-Zn DMC双金属催化剂的合成 13

2.4.2 Co-Zn DMC双金属催化剂的合成 13

2.4.3 Fe-Zn-Cr催化剂 13

2.4.4 Fe-Zn-Co催化剂 14

2.5 结果与讨论 14

2.5.1 Co-Zn DMC双金属催化剂的表征 14

第三章 催化剂应用于二氧化碳的聚合反应 16

3.1 引言 16

3.2 实验药品及其测试设备 17

3.3 聚合反应釜 17

3.4 DMC双金属催化剂用于二氧化碳的聚合 17

3.4.1 DMC催化剂应用于LA的均聚 17

3.4.2 DMC催化剂应用于CO₂与PO的共聚 18

3.4.3 DMC催化剂用于CO₂，PO，LA的三元共聚 19

3.4.4 聚合结果与分析 20

3.5 小结 21

通过这次实验，发现Co-Zn DMC双金属催化剂在80 ℃的条件下反应釜中反应和常温下丙交酯与环氧丙烷共聚的反应中，可以顺利催化CO₂与PO，CO₂与PO、LA的共聚。然而在这些反应中，聚醚的含量都比较高，因此产物的纯度不够。 21

、 21

第四章 总结 22

参考文献 23

致谢 27

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 研究背景

在最近的一个多世纪里，世界上的人口数量增长速度正在飞快的增加，与此同时，我们的日常生活中对能源的需求也越来越多。在对这些能源的需求下，大量的化石燃料在火力发电、炼钢、炼油、水泥等生产过程中被焚烧，导致了二氧化碳的大量排放，也就是因为这些二氧化碳所导致的温室效应造成了我们生活环境的污染日益严重，因此二氧化碳被认为是一种“环境公害”气体。人类的活动同时也打破了二氧化碳(CO₂)在自然界中的排放与吸收平衡，这就使得CO₂在大气中的含量呈指数倍增加。据科学统计，地球大气中的CO₂浓度在近年来上升的十分快速，已接近100 ppm，预计到了2100年时，全球CO₂总排放量将高达360亿吨^[1-6]。而二氧化碳浓度的增大正是导致海平面上升、全球气候变暖、极端气候事件等“温室效应”现象增强的主要罪魁祸首。也就是因为这些原因，温室气体排放导致的全球气候变暖已经引起了普遍关注，所以各个国家都将二氧化碳的排放量的控制，以及对其有效的利用作为国家战略性研究课题^[7-9]。

二氧化碳(CO₂)自20世纪80年代以来已引起世界各国的广泛关注，尤其是工业发达国家。CO₂的大量排放造成了资源严重浪费，同时二氧化碳作为一种主要的温室效应气体，它引起的环境公害举世瞩目。美国、英国和德国都研究制定了CO₂排放制度，计划在本世纪中期将CO₂排放量降到20世纪末的40%，日本则加快了CO₂综合利用方面的研究，计划用10年时间建立起以CO₂为化工原料的独立工业体系。随着我们中国的工业发展，CO₂的排放量也在逐步上升，1986年时已经排在了世界第三位，占世界排放量的10%，所以，加快CO₂的研究已显得十分必要和迫切。