Page 220 - 《精细化工》2023年第2期

·442· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

CO 2 合成 PC、DMC 极具商业价值与示范意义 [5-6] 。 LC3000 高压液相色谱泵，北京创新通恒公司；
目前，工业上通过 CO 2 与 PO 反应合成 PC 以传 D07-11C 气体质量流量计，北京七星华创公司；
统高压工艺为主，采用四乙基溴化铵或碘化钾等作 IMM-SIMM-V2 微反应器 ，德 国 Institut für
为催化剂，反应在 150~160 ℃、3~4 MPa 条件下进 Mikrotechnik Mainz GmbH（IMM）公司（结构及混
行，温度、压力较高，导致能耗高，且存在环氧烷 合示意图如图 1 所示）；延时管线（自制，1/16 英寸、
烃爆聚、爆炸等安全隐患。存在传统催化剂依赖高 316 L 不锈钢管，长 0.4 m，容积为 0.79 mL）；恒温
温高压，CO 2 与环氧烷烃偶合反应为气液反应过程， 油浴锅、背压阀、温度压力检测系统，大连微凯化
常规釜式、管式反应器传质传热受限等问题 [7-8] 。 学公司；GC9790Ⅱ气相色谱仪，浙江福立分析仪器
科研工作者对用于 CO 2 与环氧化物偶合反应的 有限公司。CO 2 与 PO 偶合反应装置如图 2 所示。
催化剂开展了大量研究，如金属氧化物、碱金属盐、
有机碱、离子液体、金属配合物等 [9-13] 。其中，具
有分子内路易斯酸碱双位点的双功能金属配合物催
化剂是高活性均相催化剂 [14] ，其分子内协同催化效
果远高于金属配合物催化剂搭配季铵盐助催化剂的
双组分体系催化效果。微流控技术作为优秀的过程
强化技术在精细化工合成等领域备受青睐，用于解
决 CO 2 与环氧烷烃气液反应过程的传质传热问题是
实现碳酸酯安全高效连续化生产的极佳方案 [15-17] 。
本课题组已进行了应用微反应器的环氧氯丙烷
与 CO 2 偶合反应合成氯代环状碳酸酯的研究 [18] ，但

对微通道中气液混合过程的作用情况与机理并不清 图 1 IMM-SIMM-V2 微反应器结构及混合示意图
晰，且氯代碳酸丙烯酯的市场需求量远小于 PC 市 Fig. 1 Structure and schematic diagram of mixing diagram
场需求量，PO 偶合反应工业应用更具市场需求导 of IMM- SIMM-V2 microreactor

向。因此，本文设计连续微通道反应方案，应用分子
内双功能催化剂进行了 CO 2 与 PO 偶合反应合成 PC
的工艺，并侧重于建立微通道模型，利用计算机仿真
软件 Fluent 进行模拟求解 [19-20] ，对微通道工况下 CO 2
与 PO 的混合情况进行探究，实现连续化气液偶合
反应工艺解决高温高压以及安全问题的同时，阐明
气液在微通道中的混合机制与影响因素，为开展
PO、CO 2 偶合反应合成 PC 的连续化反应工艺优化
与放大生产提供理论支撑。
1—PO 罐；2—色谱泵；3—过滤器；4—单向阀；5—CO 2 气体钢
1 实验部分 瓶；6—减压阀；7—气体质量流量控制器；8—微反应器；9—延
时管线；10—背压阀
1.1 试剂与仪器 图 2 CO 2 与 PO 偶合反应微通道反应装置
CO 2 （质量分数 99.9%），光明特气有限公司； Fig. 2 CO 2 and PO coupling reaction microchannel reaction
device
PO、PC，AR，国药集团化学试剂有限公司；双功
能催化剂（自制 [14] ，结构如下所示）。 1.2 实验过程

偶合反应式如下所示。

将双功能催化剂溶于含有少量 PC 的 PO 中
（0.43 g 催化剂、5.1 g PC、58 g PO，催化剂用量为
PO 物质的量的 0.5‰），放入图 2 所示 PO 储罐，通过