[发明专利]一种键合负载离子液体聚合物多孔粉末的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种键合负载离子液体聚合物多孔粉末的制备方法及其应用，属于催化剂制备和生物质原料催化转化领域。本发明的键合负载离子液体聚合物多孔粉末的制备方法，首先对聚合物进行氯甲基化；然后制备接枝咪唑基聚合物；再制备接枝磺酸基聚合物；最后通过非溶剂致相分离方法得到键合负载离子液体聚合物多孔粉末。采用键合负载离子液体聚合物多孔粉末进行催化生物质原料水解的方法，将上述方法制得的键合负载离子液体聚合物多孔粉末加入到生物质原料水溶液中；在30～100℃恒温环境下催化生物质原料水解。本发明的粉末催化剂的催化活性好，回收容易，可重复利用。

技术领域

本发明涉及一种键合负载离子液体聚合物多孔粉末的制备方法及其应用，属于催化剂制备和生物质原料催化转化领域。

背景技术

以能源植物为原料高效水解发酵制乙醇的研究已受到国内外研究学者的广泛关注。而能源植物菊芋因具有诸多优点而备受青睐，如耐贫瘠，种植范围广，产量高且含有丰富的菊粉多聚糖。而生物质发酵制燃料乙醇的生产工艺中，生物质原料的水解是至关重要的。传统的酸水解和酶水解分别存在很多的缺点，如对设备腐蚀严重，操作条件高且产酶时间长，成本高等一系列问题。基于这一情况，就需要寻找一环境友好型的催化剂进行高效水解。

离子液体具有不挥发，不溶于一般有机溶剂等特点，且具有良好的催化性能，因此被称为“绿色”溶剂。此外，由于离子液体所具有的这些物理和化学性质，能够代替常规催化剂和溶剂，现被广泛应用于催化化学、有机反应、高分子合成、电化学和分离过程，具有极大的应用潜力。酸性离子液体在作为催化剂和溶剂的反应过程中，不仅具有较强的催化活性，同时在一定程度上还降低了反应过程对设备的腐蚀和环境的污染。离子液体的研究与发展在科研领域和工业生产上都有着广阔的应用前景。

游离态离子液体在反应体系中的浓度一般都较低，因此，存在分离效果差、循环使用难，原子经济性差等问题。此外，离子液体价格昂贵，在使用过程中的稍许流失都会引起显著的成本提高和环境污染，降低了其绿色化学价值。随着研究的发展，提高离子液体利用率，降低其催化成本，逐渐引起了人们的广泛关注。对该催化剂进行固定化是实现这一途径的有效方法之一。

通过化学键合的方法负载离子液体是指将离子液体通过化学反应连接在无机多孔材料或有机材料上，使离子液体的特性转移到固体载体上，并可将非均相催化剂易于回收与离子液体的均相优点相结合，从而提高催化剂的活性并降低活性中心的流失。其中运用较多的无机载体为硅藻土，沸石和分子筛等，它们因具有化学稳定性好，机械强度高等特性而备受关注。但是，在无机载体的使用过程中存在一些问题，例如无机载体不具备高的比表面积和高的孔隙率，不能为较高的离子液体固载量提供更多有效的空间。聚合物材料是一类热稳定性较好的材料，因主链含有刚性的苯环基团而体现了较好了机械性能。聚合物膜材料在有机溶剂1,2-二氯乙烷，N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中均具有优异的溶解性，这有利于采用相转化法制备多孔催化剂粉末。本发明通过聚合物材料负载酸性离子液体催化剂，不仅能有效解决上述问题，而且能提高离子液体催化剂的利用率和反应的转化率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中催化剂酸度不可控、不易回收利用及转化率不理想的问题，提供一种键合负载离子液体聚合物多孔粉末的制备方法及其应用。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种键合负载离子液体聚合物多孔粉末的制备方法，具体制备步骤如下：

步骤一、聚合物的氯甲基化

按照每1g聚合物对应5～30mL的无水1,2-二氯乙烷溶剂的比例关系，将聚合物溶解于无水1,2-二氯乙烷溶剂中；然后依次加入催化剂和氯甲基化试剂，加热到20～60℃反应2～30h，反应结束后，将上述反应后的混合溶液倒入析出液中，混合溶液与析出液的体积比为1:1～10，搅拌至白色聚合物粉末不再增加；过滤后烘干得到的白色粉末为氯甲基化的聚合物多孔粉末；