[发明专利]一种季铵盐离子液体及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及季铵化合物，具体地说是一种季铵盐离子液体及其制备和应用方法。

技术背景

通过硝基苯催化加氢合成对氨基苯酚(p-Aminophenol，简称PAP)的方法，在当前被普遍认为是未来发展的方向。硝基苯催化加氢技术具有反应一步完成、方法简单、步骤少、设备和工艺条件比较温和等优点，适合于大规模工业化生产。

该反应的机理是：

在反应的第一步，即硝基苯催化加氢生成苯基羟胺过程中，采用负载型的金属铂催化剂；在反应的第二步，即苯基羟胺重排生成对氨基苯酚，则采用酸性催化剂。

酸性催化剂的选择是影响硝基苯催化加氢合成对氨基苯酚的重要因素。工业上一般均采用10％～20％稀硫酸进行催化。采用稀硫酸催化会造成后续工艺复杂化、设备腐蚀及废水排放致使环境污染的问题。采用固体酸替代稀硫酸虽然可以解决设备腐蚀、废水排放致使污染环境问题，但是，一方面目前国内外对采用固体酸代替硫酸的研究报道不多。Chaudhari等(Chaudhari R V，Diveher S S，Vaidya M J，et al.US，6028227.2000)提出采用固体酸催化剂与Pt-S/AC同时使用，将硝基苯与水混合后催化加氢合成对氨基苯酚，所用的固体酸催化剂为离子交换树脂(Indion 130)，用量为3％～7％，硝基苯与水的物质的量比为1∶5～7，反应温度为50～100℃，反应压力为2.0～2.5MPa，反应时间3～7小时，硝基苯转化率达97％，对氨基苯酚收率仅为13.9％；Takayuki等(TakayukiKomatsu，Tatsuo Hirose.Applied Catalysis A：General，2004，276：95-102)采用Pt/ZSM-5作为双功能催化剂，从硝基苯气相催化加氢合成对氨基苯酚，但是反应条件非常苛刻，对氨基苯酚收率仅为17％，选择性为42％。由此可见这些固体酸催化剂的使用，均存在对氨基苯酚收率低的问题。CN1562465公开了一种硝基苯选择加氢重排制对氨基苯酚的催化剂，它是以固体酸为载体(同时又是催化剂的酸性活性中心)，以贵金属铂为氢化主要活性成分的非均相双功能催化剂。由于固体酸没有流动性，酸性位密度低和酸强度分布不够均匀；固体酸的使用易造成其上积炭的形成，会造成固体酸的快速失活，无法重复使用，致使催化剂整体不能循环利用；另外，该发明只是降低了硫酸的用量，而未杜绝使用硫酸，因而无法解决设备腐蚀和环境不友好的问题。

功能化酸性离子液体因为兼有固体酸和液体酸的优点，而且无挥发、低腐蚀，已经在环境友好的酸催化应用方面表现出很大的潜力。从国内外研究来看，目前还没有将酸性离子液体应用到硝基苯催化加氢合成对氨基苯酚反应中的报道。因此，合成制备出兼有固体酸和液体酸的优点、流动性好、酸性位密度高、酸强度分布均匀以及无挥发、无腐蚀的高活性离子液体酸性催化剂，用以替代稀硫酸，则可以实现对氨基苯酚生产过程的绿色化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种季铵盐离子液体及其制备和应用方法，克服了在已有技术中存在的稀硫酸催化剂的应用会造成对环境不友好及设备腐蚀的问题，以及固体酸催化剂应用中存在的反应条件苛刻、对氨基苯酚收率低的问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

提供一种季铵盐离子液体，其分子组成是N，N，N-三甲基-N-磺丁基-硫酸氢铵，分子式为[HSO₃-b-N(CH₃)₃]HSO₄，结构式如下：

上述一种季铵盐离子液体的制备方法，其合成步骤如下：

第一步，N，N，N-三甲基-N-磺丁基铵两性离子的合成

按照三甲胺∶1，4-丁烷磺内酯＝1∶0.8～1.2的摩尔比，将三甲胺水溶液和1，4-丁烷磺内酯置于反应器中，于室温～70℃条件下反应8～72小时后，将反应液取出后进行减压蒸馏除水，得到白色的两性离子固体，将该两性离子固体用无水乙醇、甲苯和无水乙醚依次洗涤，然后在50～110℃下真空干燥至恒重，得到的纯净两性离子固体，其分子量为195.11，备用，其中三甲胺水溶液中三甲胺的重量含量≥33％；

第二步，N，N，N-三甲基-N-磺丁基-硫酸氢铵离子液体的合成