[發(fā)明專利]一種用于酯交換反應的Pickering乳液胍基離子液體催化體系的制備方法

有效

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• 申請日: 2021-02-01
• 公開（公告）號: CN112705261B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 邱挺;陳丹靈;陳杰;王紅星;葉長燊;黃智賢;李玲;王曉達;王清蓮
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02;B01J35/08;C11C3/10
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 俞舟舟;蔡學俊

本發(fā)明設計了一種用于酯交換反應的Pickering乳液胍基離子液體催化的制備方法。本發(fā)明利用羥基功能化胍基離子液體作為催化活性基團，固載到二氧化硅表面作為親水基團，將具有長碳鏈的三甲氧基烷基（C6?C18）硅烷固載在二氧化硅表面作為親油基團，獲得具有兩親性的納米硅球。在大豆油等油脂與甲醇液?液非均相體系中，通過簡單的手動搖晃，制備具有良好穩(wěn)定性的Pickering乳液。本發(fā)明制備的胍基離子液體在酯交換反應過程中具有良好的催化性能，并表現(xiàn)出優(yōu)異的乳液穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及酯交換反應催化劑制備技術領域，特別涉及一種用于液-液非均相反應的Pickering乳液催化體系的制備方法。

背景技術

當今日益增長的能源需求問題以及相應的環(huán)境污染引發(fā)了對綠色能源以及可持續(xù)發(fā)展的迫切需求，生物柴油作為一種可替代傳統(tǒng)石油柴油的可再生綠色燃料而備受關注。目前，酯交換反應被認為是最有前景的生物柴油制備途徑，其中，傳統(tǒng)的強酸或強堿催化劑對其具有較好的催化活性，但造成的環(huán)境污染等問題極大地限制了這些催化劑的大規(guī)模應用。

此外，酯交換反應屬于液-液非均相反應，由于這種雙相反應系統(tǒng)不兼容，兩相中的試劑無法完全接觸，從而限制了反應速度。在這種情況下，為了提高總體反應速率并減少操作時間研究者相繼提出了幾種方法：強烈攪拌、加入助溶劑以及添加相轉移催化劑。然而，這些操作存在諸多問題，以機械攪拌促進兩相接觸主要缺點之一就是混合不均勻，即使在劇烈的攪拌下，傳質傳熱依舊受限于低界面接觸面積，反應無法獲得高轉化率和選擇性；助溶劑雖然能夠將液液非均相反應轉化為均相體系，但是大量溶劑會消耗巨大的能耗與污染，據(jù)德國Ceresana公司統(tǒng)計，溶劑（包括水）在化學反應中的轉化中占質量總利用率的80%和能源的50%，不僅如此，相轉移催化劑大部分有毒，在體系中難分離，對環(huán)境不友好。

因此，探索一條綠色高效的催化體系是科研工作者集中研究的熱點。其中Pickering乳液技術作為提高雙相反應速率的新方法，受到廣泛的關注。有研究者報道了聚酸性離子液體作為催化劑催化酯交換反應，但是在催化該反應依舊存在著催化劑用量大、能耗高等缺點。

胍基離子液體功能化納米硅球，通過表面的親疏水性的修飾調整，可以有效促進Pickering乳液的形成，圖2中，通過對比只有羥基化胍基催化基團與親水親油基團共同修飾的納米硅球在大豆油和甲醇體系中的成乳變化，可以明顯得出，只有單一親水基團的修飾，乳液乳滴較大并且在顯微鏡下聚并嚴重。圖3中，通過對比不同碳鏈修飾的乳液形成圖，可以得到不同乳滴大小，乳滴尺寸變化見表1。Pickering乳液的形成可以有效增加催化表面積，從而提高催化效率，此外，Pickering乳液使得兩相體系達到擬均相狀態(tài)，突破反應平衡，促進反應進行。因此，利用Pickering這一特性可以實現(xiàn)提高酯交換反應效果。

發(fā)明內容

本發(fā)明研究要解決的技術問題是針對傳統(tǒng)催化酯交換反應使用了助溶劑，環(huán)境不友好的廢液，以及高能耗等缺點，提供一種綠色環(huán)保、簡便易制的Pickering乳液可以高效催化酯交換反應的辦法。

本發(fā)明采用如下技術方案：

一種用于酯交換反應的Pickering乳液胍基離子液體催化體系制備方法，其中催化該反應的Pickering乳液是利用改性后具有兩親性的胍基功能化二氧化硅納米顆粒在大豆油和甲醇中制備得到的。該方法的具體步驟如下：

稱取一定量的胍基離子液體功能化納米硅球催化劑加入到10 ml圓底耐壓瓶中，再加入1.2ml甲醇和1.0 ml大豆油，接著手動搖晃15 s即可制備出Pickering乳液，隨后在水浴鍋中進行酯交換反應，催化劑用量占體系總質量的3 wt%-10 wt%，酯交換反應條件為：反應溫度50-80℃，反應時間5-8小時。

本發(fā)明所述的胍基離子液體功能化納米硅球催化劑是按照以下方法制備的：