[發明專利]一種咪唑類強酸性離子液體催化劑及其應用

無效

• 申請號: 201210048260.7
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102614913A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 瞿廣飛;張軍;寧平;施玉琨
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02;C11C3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種咪唑類強酸性離子液體催化劑及其應用，屬于綠色可再生能源技術領域。

背景技術

隨著世界經濟的快速發展，各國對能源的需求量急劇增加，而化石燃料作為人類目前主要的利用能源，被大肆開采利用，不僅帶來了嚴重的環境污染問題，而且其有限的儲量，對人類未來發展和人類文明傳承造成嚴峻的考驗。因此，尋求可再生的能源和資源替代逐漸枯竭的化石燃料迫在眉睫。生物柴油是由動植物油脂原料與甲醇通過酯交換反應生成的長鏈脂肪酸甲酯類物質，其具有易生物降解、十六烷值高、儲運安全、能量密度高、燃燒排放污染物低，制備生物柴油所需的原料可再生和容易準備等優點，因而受到世界各國的高度重視。

目前，制備生物柴油的酯交換法主要有酸催化、堿催化、酶催化和超臨界法，但是這些方法都存在明顯的缺點和不足，例如酸堿法選用的濃酸H₂SO₄和強堿KOH做催化劑，反應后催化劑不易分離回收，生成的廢水和廢渣對環境污染大；酶法中原料甲醇容易導致酶失活，而且反應過程中生成的副產物甘油容易附著在脂肪酶表面，使反應難以進行。因此，研究開發對環境友好的酯交換催化劑和相關工藝成為當務之急。

離子液體是完全由特定陽離子和陰離子構成的在室溫或近于室溫下呈液態的物質，具有低蒸汽壓，優秀的熱穩定性和化學穩定性，較強的可設計性等優點，使得其在各領域的應用得到廣泛研究。在酯交換過程中可以選用酸性離子液作為催化劑，使得催化劑不僅同時擁有液體酸的高密度和反應活性以及固體酸的不揮發性，而且通過陰陽離子的調整，來設計滿足需要的離子液，催化劑的酸性甚至可以超過固體酸，進而對酯交換反應具有很好的促進作用。目前，根據查閱專利及相關文獻顯示，酸性離子液用于生物柴油的制備研究較多，但主要集中在烷基磺酸咪唑、吡啶、吡咯、吡咯烷酮、嗎啡啉、季銨類等離子液體。專利CN1861750A（公開號）公布了一系列酸性離子液在反應溫度20～300℃，反應壓力0.1～10Mpa的條件下，生物油脂與短鏈醇摩爾比在1:30～1:1范圍內，生物油脂與離子液體催化劑摩爾比在300:1～1:1內，催化制備生物柴油，產率都在85%以上。專利CN101451072A（公開號）公布了磺酸型吡咯烷酮和嗎啡啉類為陽離子的離子液，油脂與甲醇物質的量比例為1:3～1:20，油脂的原料與離子液體的物質的量比為200:1～1:1，反應溫度在70～170℃，反應時間1～15h，系統性的分析研究離子液對不同種類的油脂酯交換的催化能力。盡管當前關于酸性離子液催化制備生物柴油的專利和論文很多，但是所涉及的酸性離子液酸性基團相對偏少，離子液酸性有限，使得催化反應過程中需添加相對較多的離子液，進而增加成本，制約著其工業化中的大規模應用。因此，基于目前酸性離子液催化制備生物柴油的研究現狀及所需離子液體的特點，開發催化活性高、穩定性好、酸密度高的離子液體催化制備生物柴油將具有很好的工業應用前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種咪唑類強酸性離子液體催化劑，該離子液體催化劑具有酸密度高、催化活性高、穩定性好、催化反應時間短、反應條件溫和、工藝簡單、催化劑可循環利用并且在使用中損失少等優點；該強酸性離子液催化劑是一種咪唑類雙陽離子強酸離子液體，化學結構式如下：

????

其中X為HSO₄^-，H₂PO₄^-或Cl^-；m=2-6；n=3，4。

????本發明中咪唑類雙陽離子強酸離子液采用常規合成方法制備，主要通過三步完成，第一步：咪唑鈉單體合成；第二步：雙咪唑結構的合成；第三步：酸性官能團引入及離子液合成（最終合成Bronsted酸性離子液）；

本發明中Bronsted-lewis型的酸性離子液（X為Cl^-）的合成，按照Bronsted酸性離子液合成方法先合成氯化雙咪唑磺酸鹽后，按照摩爾比為1：3～4的比例將氯化雙吡唑磺酸鹽和金屬鹽（FeCl₂、AlCl₂、ZnCl₂）混合并在50℃-70℃下攪拌2h后形成Bronsted-lewis型的酸性離子液。

本發明另一目的是將咪唑類強酸性離子液體催化劑應用于制備生物柴油中。

本發明中所述的咪唑類強酸性離子液體催化劑用于制備生物柴油，具體工藝過程和步驟如下：