[发明专利]一种多酸位点离子液体催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种多酸位点离子液体及其制备方法和应用，属于催化剂材料制备技术领域。将低取代脂肪胺溶解在溶剂中形成均匀溶液，然后通过与磺酸内酯反应得到前体盐，再将前体盐与有机酸或无机酸在适当的溶剂中反应得到多酸位点离子液体。本发明该催化剂活性高、使用量低、制备方法过程简单、原料廉价易得、反应条件温和、具备大规模生产的条件。将本发明制备的多酸位点离子液体催化剂用于生物柴油的生产中取得了良好的效果。

技术领域

本发明涉及一种多酸位点离子液体及其制备方法和应用，属于催化剂材料制备技术领域。

背景技术

由于环境问题和有限的石化燃料的大量消耗而导致的连续油价上涨，人们开始高度关注可再生的非石化资源，生物燃料和源自生物质的增值化学品，生物柴油是可再生，无毒，易于获得且环保的新能源，因此，作为柴油替代品，生物柴油目前成为了全世界的研究热点。

一般而言，生物柴油是通过动物脂肪、植物油和废弃油脂通过甘油三酸酯的酯交换或游离脂肪酸与短链醇的酯化反应产生的。在工业上，该反应通常是通过使用强碱催化剂（例如KOH、NaOH）或强酸催化剂（H₂SO₄、HCl）进行的，强碱催化剂易导致皂化和水解反应，造成收率降低和洗涤困难。因此，酸性催化剂更适合用于生物柴油生产，而且它不需要进行酯化预处理单元，自然降低了生产成本。但经典的均相无机酸催化剂腐蚀设备严重、污染较大；而固体酸催化剂则存在催化效果不好，易失活的问题。为了克服这些问题，采用离子液体作为制备生物柴油的催化剂。离子液体具有可控的分子结构、宽广的液体范围、优良的物化性质和可回收性等优良特性。其中，酸性离子液体克服了碱性离子液体遇水易失活的问题，被广泛应用于催化、合成、分离和气体吸收等各个方面。

酸性离子液体一般以烷基取代咪唑、吡啶、脂肪叔胺和三级膦等为母体，采用磺酸内酯进行功能化形成内盐，再经有机酸或无机酸酸化的手段进行合成。从理论上讲，每当量的该类母体只能与1当量的磺酸内酯反应进行功能化，在酸化处理后通常只能提供1个酸位点（硫酸可提供2个）。这在一定程度上使得制备出的催化剂酸位点较低，因而其催化效果不理想。为了保证催化效果，必须加入大量的离子液体，这进一步增加了运行成本。

中国专利CN103936677A公开了一种基于全氟烷基磺酸根阴离子的磺酸功能化离子液体及其制备方法，该方法采用含氮杂环化合物与氯乙醇反应生成的物质作前体；然后将前体与全氟烷基磺酸盐进行置换，将Cl^-置换为CF₃(CF₂)_nSO₃^-获得中间体；采用磺酸内酯与前述中间体阳离子上的-OH进行开环反应引入磺酸基团，最终获得只含有一个酸位点的目标离子液体，且制备过程繁琐。

中国专利CN107790178A公开了一种基于三（2, 4, 6-三甲氧基苯基）膦离子液体催化剂的制备方法及其在催化酯化和酯交换中的应用，三（2, 4, 6-三甲氧基苯基）膦与1,3-丙磺酸内酯反应得到内鎓盐，内鎓盐再与有机或无机酸反应得到离子液体。但是该离子液体采用三级膦为母体，在不使用硫酸进行酸化处理时最终得到的离子液体只有1个酸位点，同时，原料三（2, 4, 6-三甲氧基苯基）膦价格昂贵，限制了其大规模生产。

毫无疑问，提高磺酸基团嫁接量从而提高酸催化位点，对于提高酸性离子液体的催化活性，进而减少催化剂用量对离子液体在催化领域的应用举足轻重。因此，本发明的目的在于寻求一种原料便宜、制备条件温和的方法以制备具有多酸位点的离子液体作为制备生物柴油的催化剂，为实现离子液体在生物柴油生产中的规模化应用奠定基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多酸位点离子液体催化剂及其制备方法和应用，在技术上提供催化效果更好的催化剂，由此降低催化剂用量，为生物柴油的工业化制备提供更加高效绿色的催化剂。

基于上述目的，在此提出以下发明内容：