[發明專利]一種鍵合負載離子液體聚合物多孔粉末的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201811347454.0
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109482232A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 趙之平;魯鵬;趙永東;李碩
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;C08G75/20;C08G75/23;C08G65/48
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

本發明涉及一種鍵合負載離子液體聚合物多孔粉末的制備方法及其應用，屬于催化劑制備和生物質原料催化轉化領域。本發明的鍵合負載離子液體聚合物多孔粉末的制備方法，首先對聚合物進行氯甲基化；然后制備接枝咪唑基聚合物；再制備接枝磺酸基聚合物；最后通過非溶劑致相分離方法得到鍵合負載離子液體聚合物多孔粉末。采用鍵合負載離子液體聚合物多孔粉末進行催化生物質原料水解的方法，將上述方法制得的鍵合負載離子液體聚合物多孔粉末加入到生物質原料水溶液中；在30～100℃恒溫環境下催化生物質原料水解。本發明的膜粉末催化劑的催化活性好，回收容易，可重復利用。

技術領域

本發明涉及一種鍵合負載離子液體聚合物多孔粉末的制備方法及其應用，屬于催化劑制備和生物質原料催化轉化領域。

背景技術

以能源植物為原料高效水解發酵制乙醇的研究已受到國內外研究學者的廣泛關注。而能源植物菊芋因具有諸多優點而備受青睞，如耐貧瘠，種植范圍廣，產量高且含有豐富的菊粉多聚糖。而生物質發酵制燃料乙醇的生產工藝中，生物質原料的水解是至關重要的。傳統的酸水解和酶水解分別存在很多的缺點，如對設備腐蝕嚴重，操作條件高且產酶時間長，成本高等一系列問題?；谶@一情況，就需要尋找一環境友好型的催化劑進行高效水解。

離子液體具有不揮發，不溶于一般有機溶劑等特點，且具有良好的催化性能，因此被稱為“綠色”溶劑。此外，由于離子液體所具有的這些物理和化學性質，能夠代替常規催化劑和溶劑，現被廣泛應用于催化化學、有機反應、高分子合成、電化學和分離過程，具有極大的應用潛力。酸性離子液體在作為催化劑和溶劑的反應過程中，不僅具有較強的催化活性，同時在一定程度上還降低了反應過程對設備的腐蝕和環境的污染。離子液體的研究與發展在科研領域和工業生產上都有著廣闊的應用前景。

游離態離子液體在反應體系中的濃度一般都較低，因此，存在分離效果差、循環使用難，原子經濟性差等問題。此外，離子液體價格昂貴，在使用過程中的稍許流失都會引起顯著的成本提高和環境污染，降低了其綠色化學價值。隨著研究的發展，提高離子液體利用率，降低其催化成本，逐漸引起了人們的廣泛關注。對該催化劑進行固定化是實現這一途徑的有效方法之一。

通過化學鍵合的方法負載離子液體是指將離子液體通過化學反應連接在無機多孔材料或有機材料上，使離子液體的特性轉移到固體載體上，并可將非均相催化劑易于回收與離子液體的均相優點相結合，從而提高催化劑的活性并降低活性中心的流失。其中運用較多的無機載體為硅藻土，沸石和分子篩等，它們因具有化學穩定性好，機械強度高等特性而備受關注。但是，在無機載體的使用過程中存在一些問題，例如無機載體不具備高的比表面積和高的孔隙率，不能為較高的離子液體固載量提供更多有效的空間。聚合物材料是一類熱穩定性較好的材料，因主鏈含有剛性的苯環基團而體現了較好了機械性能。聚合物膜材料在有機溶劑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優異的溶解性，這有利于采用相轉化法制備多孔催化劑粉末。本發明通過聚合物材料負載酸性離子液體催化劑，不僅能有效解決上述問題，而且能提高離子液體催化劑的利用率和反應的轉化率。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中催化劑酸度不可控、不易回收利用及轉化率不理想的問題，提供一種鍵合負載離子液體聚合物多孔粉末的制備方法及其應用。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明的一種鍵合負載離子液體聚合物多孔粉末的制備方法，具體制備步驟如下：

步驟一、聚合物的氯甲基化

按照每1g聚合物對應5～30mL的無水1,2-二氯乙烷溶劑的比例關系，將聚合物溶解于無水1,2-二氯乙烷溶劑中；然后依次加入催化劑和氯甲基化試劑，加熱到20～60℃反應2～30h，反應結束后，將上述反應后的混合溶液倒入析出液中，混合溶液與析出液的體積比為1:1～10，攪拌至白色聚合物粉末不再增加；過濾后烘干得到的白色粉末為氯甲基化的聚合物多孔粉末；