[发明专利]一种咪唑型聚离子液体催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种咪唑型聚离子液体催化剂及其制备方法和应用。所述咪唑型聚离子液体催化剂具有如式I或式II所示的结构，通过咪唑基离子液体单体与交联剂的聚合反应制备得到；咪唑基离子液体单体为1,3,5‑三(1‑甲基‑3‑乙烯基咪唑X盐)苯或1,4‑双(1‑甲基‑3‑乙烯基咪唑X盐)苯；Xsupgt;‑/supgt;选自Brsupgt;‑/supgt;、Clsupgt;‑/supgt;、Isupgt;‑/supgt;或CHsubgt;3/subgt;COOsupgt;‑/supgt;中的任意一种。所述咪唑型聚离子液体催化剂可用于催化环状碳酸酯进行脱羧反应制备环氧化合物。本发明提供的咪唑型聚离子液体催化剂具有活性位点密度高、催化效率高、稳定不易分解、易于分离回收等优点，且制备步骤简单、工艺条件温和，可用于环氧化合物的大规模生产。

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种咪唑型聚离子液体催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

环氧化合物是一类具有三元环醚结构的化合物，化学性质非常活泼，在催化剂作用下，三元氧环易于开环，可与醇、水、胺等亲核物质发生加成反应制备医药等高值化学品。环氧化合物中，最具代表性的物质为环氧乙烷、环氧丙烷、1,2-环氧丁烷及四氢呋喃，其它还包括缩水甘油、卤代缩水甘油、苯基缩水甘油等。目前，工业上环氧化合物的主要制备工业分别包括：氯醇法、过氧化氢法和过氧乙酸法等，但这些方法普遍存在设备工艺复杂、设备腐蚀严重等缺点。

CN103896882A公开了一种采用氯醇法制备环氧乙烷的方法。该技术以乙烯和氯气为原料，制备步骤如下：(1)氯气和水反应生成次氯酸，次氯酸与乙烯反应生成氯乙醇；(2)步骤(1)制得的氯乙醇经皂化生成环氧乙烷。该技术方案采用塔式反应器，水和氯气从塔的底部进入，生成次氯酸；乙烯则在高处通入，与次氯酸反应生成氯乙醇，之后经皂化反应制备得到环氧乙烷。虽然工艺路线简单，但是副反应较多，例如氯气与乙烯发生加成反应生成二氯乙烷，以及氯乙醇与过量的乙烯和氯气反应生成二氯二乙醚，因此，环氧乙烷的收率较低。

CN102898405A公开了一种过氧化氢直接环氧化丙烯制备环氧丙烷的工艺。该工艺包括如下步骤：(1)将丙烯和过氧化氢充分混合后，在装有钛硅分子筛的固定床反应器中进行环氧化反应，生成环氧丙烷粗产品；(2)再通过泵打入粗分塔中，进行未反应丙烯与环氧丙烷的粗分离；(3)粗分产物经丙烯闪蒸塔，再进入轻组分回收塔；(4)经粗分塔与轻组分回收塔分离出的丙烯与轻组分由压缩机压缩后进入不冷凝气分离塔中，丙烯从分离塔底部进入回收再利用系统，尾气经尾气吸收装置排出；(5)经轻组分回收塔处理后的环氧丙烷，在环氧丙烷纯化塔中经萃取精馏得高纯度环氧丙烷产品。该工艺虽然具有环保、安全的特点，但是后处理工艺较多，过程繁琐。

由环状碳酸酯直接脱羧合成环氧化合物路线，无论从经济还是环境角度来看都是非常值得关注的。Ji Sik Choi等人(Ionic-liquid-catalyzed decarboxylation ofglycerol carbonate to glycidol[J],Ji Sik Choi等,Journal of Catalysis,2013,297:248-255)报道了以1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐离子液体作活性组分，硝酸锌作助剂通过碳酸甘油酯脱羧制备缩水甘油的有效催化体系，其中碳酸甘油酯的转化率高达99.0％，缩水甘油的产率达到98.2％。Xin Niu等人(Efficient synthesis of epoxybutane frombutanediol via a two-step process[J],Xin Niu等,RSC Advances,2019,9:10072-10080)发展了烷咪唑基类离子液体催化剂，实现了碳酸1，2-丁烯酯在无助剂、溶剂条件下对环氧丁烷的清洁、高效转化。但是，离子液体基催化剂虽然具有许多显著优势，例如：活性位点利用充分，高活性和选择性，反应条件温和，但产品分离和催化剂再利用困难的固有缺陷也成为阻碍其大规模工业应用的难题。

因此，如何提供一种新型、高活性、易分离的催化剂用来制备环氧化合物，已成为目前亟待解决的问题。

发明内容