[发明专利]凹凸棒粘土/聚合离子液体复合催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种凹凸棒粘土/聚合离子液体复合催化剂的制备方法，具体涉及一种将具有强酸性的含双键离子液体聚合固载到凹凸棒粘土表面得到具有催化酯化性能功能复合材料的方法。 

背景技术

生物柴油是由动植物油脂原料与甲醇通过酯交换反应生成的长链脂肪酸甲酯类物质，是优质的石油柴油代用品。目前，其主要工业化制备方法是酯交换工艺，催化剂大都采用强酸强碱，存在设备腐蚀严重、后续分离工序繁复、产生大量工业废水与废渣等问题。离子液体作为一种新型环境友好液体催化剂，具有结构可调、催化效率高、可循环使用和热稳定性高等特点，近年来，离子液体催化制备生物柴油受到国内外广泛关注。但是，离子液体的成本高、用量大、粘度大、与产物难分离限制了其进一步工业化应用，将离子液体固定于载体上是减少离子液体用量、解决其与产物分离最有效的途径之一。固定化离子液体是将离子液体填充入多孔有机或无机载体空隙形成的液体膜，其过程可以通过物理吸附、包埋或化学键合的方法实现，大多应用于酸性离子液体催化剂的固载。传统的载体和固定化方法在一定程度上解决了离子液体回收难题，然而，非均相反应(甘油三酸酯、醇与固体催化剂三相)又使得离子液体催化效率较低。 

如果要获得高催化效率的固载酸性离子液体，对离子液体本身而言，其不但酸性要高而且极性也要强，高的酸性会使甘油三酸脂的转化率提高，强的极性会使离子液体的再生效果提高。如Liang等[X. Liang, J. Yang. Synthesis of a novel multi-SO₃H functionalized ionic liquid and its catalytic activities for biodiesel synthesis, Green Chemistry, 2010, 12: 201-204.]合成了一种含有4个SO₃H基团的酸性离子液体，由于含有多个功能基团，此离子液体表现出极高的酸性和极性，生物柴油最高产率可达98.3%，当水从0.3%增到2.0%时，其产率仅从98.3%降到95.3%，呈现出良好耐水性，生物柴油产品达到EN14214标准，遗憾的是，此离子液体没有用来化学键合固定的功能基团，且合成成本高。为使离子液体不仅具有高密度的酸性位点，还具有用来键合固定的功能基团，研究者们对“传统型”离子液体结构进行简单调控，合成出了一类可聚合的含双键酸性离子液体，这类含双键酸性离子液体不仅可提供Brφnsted酸性(童声, 范杰平, 肖竹芸, 田泽由. 可聚合的酸性功能化离子液体的合成及表征, 化工学报，2011, 62: 155-159;甄彬,黎汉生,李原,吴芹. 磺酸功能化离子液体催化制生物柴油的性能, 化工学报, 2011, 62: 80-85)，且可与其它物质的活泼基团发生化学反应。重要的是，如果载体上也含有可聚合的双键基团，通过自由基聚合反应可在载体上化学键合一层聚合物链，聚合物链的每个单元都含有酸性位点，从而使得固载离子液体的酸性位点密度大大增加，极性也增强。对载体而言，一般应具备相连通的孔结构以利于传质，大比表面积和高孔隙率以提供足够的负载量，合适的功能基团提供足够的相互作用力或生成化学键；此外，还要求载体具有足够的力学强度和热、化学稳定性。