[发明专利]一种铁系咪唑类离子液体催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于液体催化剂技术领域，本发明提供了一种铁系咪唑类离子液体催化剂及其制备方法和应用。该方法包括以下步骤：将氯化亚铁、咪唑氯化物和供氢溶剂混合，经第一次超声、搅拌至溶液为浅绿色、第二次超声，即得铁系咪唑类离子液体催化剂。该方法的反应条件较温和，操作简便，且制备的催化剂性能稳定，不挥发，加氢活性高，增粘、脱硫效率高，对环境友好、无污染，适合大规模生产，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及液体催化剂技术领域，尤其涉及一种铁系咪唑类离子液体催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着钢铁工业的飞速发展，高质量焦炭的需求逐步提升。但是优质炼焦煤的大量稀缺，对国家钢铁行业的稳步发展、经济产能和综合国力的提高会产生负面的影响。目前，已有学者在研究烟煤的性质时，提出了在较低温度、较低压力下对高变质煤和低变质煤进行轻度加氢，可使其塑性、焦油产率和挥发分等趋向于中等变质程度的肥煤的理论，现有研究学者则验证了上述理论，例如，王东升等人则以四氢萘为溶剂、Fe₂O₃-S为催化剂，在350℃、4MPa的条件下，对低变质烟煤进行改性，获得了G_RI为80的改性煤；Liu等在氢气气氛、四氢萘-甘油体系下，以FeOOH-S为催化剂对神府煤进行加氢改性，可获得G_RI＝80的改性煤(Asia-PacificJournalofChemicalEngineering，2019，14(5))。

上述技术方案中的加氢增粘的催化剂多为煤液化过程中的铁系固相催化剂，然而，固体相催化剂的直接加入对于整个反应体系的分散接触是非常不利的，且含硫助剂类物质的加入会使得产物中硫的含量有所提升，同时后期的催化剂无法与固相产物分离，导致固相产物的灰分也会有所增加。为了解决这一问题，Wang等人通过在常温条件下将纳米级Fe₃O₄负载于煤颗粒上，以此来对煤液化过程进行催化(ACSOmega，2020，5(27)：16789-16795)。这一操作虽然加强了催化剂的分散性，使得其液化转化率相比直接加入Fe₃O₄的89.60％增加到98.02％，但是纳米级催化剂的制备过程较为繁琐，且负载于煤上的催化剂对于加氢增粘来讲，依旧不能够解决催化剂与煤分离的问题，这依旧会导致灰分的增加和煤后期配煤炼焦强度的降低。

离子液体(IL)是近年来受普遍关注的绿色溶剂和功能材料，具有易分离，易回收，可循环使用，且不会造成大量污染等优点，同时可溶性过渡金属-ILs复合的液体催化剂被广泛的应用于生物质催化转化中，例如，通过应用AlCl₃-ILs作为催化剂来催化生物质转化为糠醛，并且其转化率由未加催化剂的3％增加至77％(ChemicalReviews2017，117(10)，6834)。Zhang等(BioresourTechnol，2013，130(Complete)：110-116.)；专利号为CN102407161A的中国专利公开了一种用于生物质加氢液化的过渡金属离子液体催化剂，其运用烷基咪唑类离子液体与高催化活性过渡金属合成一种用于生物质液化的催化剂，并获得了较高的生物质液化效率；专利号为CN109913257A的中国专利公开了一种咪唑类疏水性离子液体催化废弃动物油脂制备生物柴油的方法，其通过采用咪唑类疏水性离子液体废弃动物油脂制备生物柴油，实现了产物的高产量、高品质化；专利号为CN102416348A的中国专利公开了一种聚合物负载的咪唑类离子催化剂及其制备方法与应用，其通过制备一种聚合物负载的咪唑类离子催化剂并应用与制备环状碳酸酯，同时实现了反应的高选择性和催化剂的重复利用。但是，将过渡金属-ILs复合的铁系咪唑类离子液体催化剂应用至高硫低粘煤的加氢增粘过程，未见公开报道。

因此，如何制备出一种铁系咪唑类离子液体催化剂，并应用于高硫低粘煤的加氢增粘的过程成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容