نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

تثبیت شیمیایی کربن دی اکسید به کربنات‌های حلقوی با استفاده از چارچوب‌ تری‌آزین کوالانسی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
مژده پورمنصوری 1
مجتبی خراسانی 1، 2
1 دانشکده شیمی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان، زنجان، ایران
2 پژوهشکده علوم پایه و فناوری‌های نوین، دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان، زنجان، ایران
چکیده
سامانه­ های کاتالیزگر جامد قابل بازیافت بر پایه گروه­ های دهنده پیوند هیدروژنی (HBD) علی رغم مزایای ذاتی همچون عملکرد بالا و عدم حضور فلز در فرایند واکنش، به ندرت در واکنش حلقه افزایی CO2 به اپوکسیدها مورد بررسی قرار گرفته اند. بدین منظور، در این کار ما نشان داده­ ایم که ساختار مبتنی بر چارچوب تری­آزین کوالانسی (CTF) با واحدهای آمیدی می ­تواند بعنوان یک کاتالیزگر آلی قابل بازیافت در واکنش ذکر شده عمل کند. کاتالیزگر براحتی از واکنش تراکمی بین ملامین و دی پیکولینیک اسید بعنوان پیش سازهای ارزان و در دسترس در حلال دی متیل سولفوکسید در دمای 140 درجه سلسیوس بدست آمد. پس از شناسایی و تائید ساخت CTF، از آن در واکنش حلقه افزایی CO2 و استایرن اکسید بعنوان واکنشگر مدل استفاده شد. بررسی­ ها نشان داد که شرایط بهینه واکنش برای این سامانه کاتالیزگر به ازای 5 میلی مول از اپوکسید، 50 میلی گرم CTF، 5/0 در صد مولی از کمک کاتالیزگر تترابوتیل آمونیوم برومید، فشار 10 بار CO2 و دمای 100 درجه سلسیوس است. در این شرایط انواع اپوکسیدهای انتهایی نیز با بازده­ های عالی به کربنات­ های حلقوی متناظرشان تبدیل شدند. کاتالیزگر نیز تا شش مرتبه بدون کاهش محسوس در بازده نیز قابلیت بازیافت و استفاده مجدد داشت.
کلیدواژه‌ها
چارچوب تری آزین کوالانسی
کاتالیزگر دهنده پیوند هیدروژنی
تبدیلات کربن دی اکسید
کربنات حلقوی
موضوعات
[1] Vollenweider J., The Effectiveness of International Environmental Agreements, Int. Environ. Agreements, 13: 343-367 (2013).
[2] Erdogdu E., The Carbon Border Adjustment Mechanism: Opportunities and Challenges for Non-EU Countries, WIREs Energy Environ, 14: e70000 (2025).
[3] Rath B.B., Krause S., Lotsch B. V., Active Site Engineering in Reticular Covalent Organic Frameworks for Photocatalytic CO2 Reduction, Adv. Funct. Mater, 34: 2309060 (2024).
[4] Kamphuis A.J., Picchioni F., Pescarmona P.P., CO2-fixation into Cyclic and Polymeric Carbonates: Principles and Applications, Green Chem, 21: 406-448 (2019).
[5] Laserna V., Fiorani G., Whiteoak C.J., Martin E., Escudero-Adan E.C., Kleij A.W., Carbon Dioxide as a Protecting Group: Highly Efficient and Selective Catalytic Access to Cyclic cis-Diol Scaffolds, Angew. Chem. Int. Ed, 53: 10416-10419 (2014).
[6] Song Q.-W., Ma R., Liu P., Zhang K., He L.-N., Recent Progress in CO2 Conversion into Organic Chemicals by Molecular Catalysis, Green Chem, 25: 6538-6560 (2023).
[7] Liu R., Tan K.T., Gong Y., Chen Y., Li Z., Xie S., He T., Lu Z., Yang H., Jiang D., Covalent Organic Frameworks: An Ideal Platform for Designing Ordered Materials and Advanced Applications, Chem. Soc. Rev, 50: 120-242 (2021).
[8] Guo J., Jiang D., Covalent Organic Frameworks for Heterogeneous Catalysis: Principle, Current Status, and Challenges, ACS Cent. Sci, 6: 869-879 (2020).
[9] Liu M., Guo L., Jin S., Tan B., Covalent Triazine Frameworks: Synthesis and Applications, J. Mater. Chem. A, 7: 5153-5172 (2019).
[10] Li H., Dilipkumar A., Abubakar S., Zhao D., Covalent Organic Frameworks for CO2 Capture: From Laboratory Curiosity to Industry Implementation, Chem. Soc. Rev, 52: 6294-6329 (2023).
[11] Peter S.E., Thomas P., Vairavel P., Kumar N.A.V., Cyanuric Chloride as a Linker Towards the Synthesis of Covalent Triazine Polymers: A Review, Mater. Adv, 5: 9175-9209 (2024).
[12] Qian Z., Wang Z.J., Zhang K.A.I., Covalent Triazine Frameworks as Emerging Heterogeneous Photocatalysts, Chem. Mater., 33: 1909-1926 (2021).
[13] Liu N., Xie Y.-F., Wang C., Li S.-J., Wei D., Li M., Dai B., Cooperative Multifunctional Organocatalysts for Ambient Conversion of Carbon Dioxide into Cyclic Carbonates, ACS Catal, 8: 9945-9957 (2018).
[14] Liu M., Lu X., Jiang Y., Sun J., Arai M., Zwitterionic Imidazole-Urea Derivative Framework Bridged Mesoporous Hybrid Silica: A Highly Efficient Heterogeneous Nanocatalyst for Carbon Dioxide Conversion, ChemCatChem, 10: 1860-1868 (2018).
[15] Wang X., Yang L., Chen Y., Yang C., Lan J., Sun J., Metal-Free Triazine-Incorporated Organosilica Framework Catalyst for the Cycloaddition of CO2 to Epoxide under Solvent-Free Conditions, Ind. Eng. Chem. Res, 59: 21018-21027 (2020).
[16] Bansal A., Sharma R., Mohanty P., Nanocasted Polytriazine-SBA-16 Mesoporous Composite for the Conversion of CO2 to Cyclic Carbonates, J. CO2 Util, 40: 101189 (2020).
[17] Liu M., Zhao P., Ping R., Liu F., Liu F., Gao J., Sun J., Squaramide-Derived Framework Modified Periodic Mesoporous Organosilica: A Robust Bifunctional Platform for CO2 Adsorption and Cooperative Conversion, Chem. Eng. J, 399: 125682 (2020).
[18] Cheng X., Zhao P., Zhang M., Wang S., Liu M., Liu F., Fabrication of Robust and Bifunctional Cyclotriphosphazene-Based Periodic Mesoporous Organosilicas for Efficient CO2 Adsorption and Catalytic Conversion, Chem. Eng. J, 418: 129360 (2021).
[19] Wang Y., Duan J., Urea and Thiourea-Functionalized, Pyridinium-Based Ionic Polymers Convert CO2 to Cyclic Carbonate under Mild Conditions, ACS Appl. Polym. Mater, 4: 5851-5860 (2022).
[20] Tariq W., Pudukudy M., Shuangjiang L., Liu Y., Su H., Li X., Zhi Y., Shan S., A Nitrogen-Rich Organic Polymer for CO₂ Utilization and Conversion Through Cycloaddition of CO2 with Epoxides, React. Funct. Polym, 216: 106412 (2025).
[21] Gao T., Xu F., Tao X., Synthesis of Hydrogen-Bond-Donor-Containing Ionic Covalent Organic Frameworks for Carbon Dioxide Upgrading, J. Colloid Interface Sci, 704: 139337 (2026).
[22] Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W., Physisorption of Gases, with Special Reference to the Evaluation of Surface Area and Pore Size Distribution (IUPAC Technical Report), Pure Appl. Chem, 87: 1051-1069 (2015).
[23] Liu Y., Li S., Chen Y., Li M., Chen Z., Hu T., Shi L., Pudukudy M., Shan S., Zhi Y., Urea/Amide-Functionalized Melamine-Based Organic Polymers as Efficient Heterogeneous Catalysts for CO2 Cycloaddition, Chem. Eng. J, 474: 145918 (2023).