[发明专利]一种己内酰胺类碱性离子液体及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及离子液体催化技术领域，尤其是己内酰胺类离子液体。

背景技术

生物柴油是指以植物、动物油脂等可再生生物资源生产的可用于压燃式发动机的清洁替代燃油。生物柴油具有十六烷值高、基本不含硫和芳烃、能量密度高、润滑性能好、抗爆性好、能生物降解、可再生、安全性高等优点，可以部分或全部替代矿物柴油来使用。制备过程是以植物、动物油脂等原料与醇类在液体碱（KOH、NaOH等）催化作用进行反应而得，但需要反复洗涤产品中的液体碱，因此，过程产生的工业污水比较多。

离子液体指在室温下呈液态的盐类化合物，它完全由离子组成，也称为“室温离子液体”。相较于传统催化剂，离子液体有许多无可比拟的优点，离子液体的溶解性好、能够溶解多种有机溶剂，兼有溶剂和催化剂的双重功能，重复使用多次，催化效果不减；具有较好的液体范围，在-100-300℃之间都可保持液态，对于动力学研究很有帮助；可设计性强，通过对阴阳离子的功能化设计，可以调节酸碱度和溶解性；稳定性好，不易挥发，可作为高效液相色谱的固定相。离子液体已成功应用于化学合成与分离、电化学、有机高分子等方面，其应用前景十分广阔。

US2009270248专利发明内容涉及一种新型的碱性离子液体[Cat⁺-Z-Bas][X#x2212;]，其中Cat⁺=阳离子部分，Bas=碱性部分，Z=连接Cat⁺和Bas的共价键；或者1、2或3个脂族二价连接基团，每个所述脂族二价连接基团均包含1至10个碳原子并且任选包含1个、两个、或3个氧原子；X#x2212=阴离子部分，并且条件是Bas不是-OH。其碱性部分由阳离子表现，根据反应环境设计成以最有效的方式适应化学过程的催化和分离，相比于常规溶剂体系，此发明的离子液体具有低的蒸汽压、可调的极性和性能以及高的热稳定性。并且以烷基卤与过量二氮杂双环[2,2,2]辛烷的反应得到碱性系列的离子液体。

江南大学在专利CN102492559A中介绍了一种新型双核碱性离子液体制备生物柴油的方法。所述的碱性离子液体催化剂为双-（3-甲基-1-咪唑）亚乙基二氢氧化物、双-（3-甲基-1-咪唑）亚丙基二氢氧化物、双-（3-甲基-1-咪唑）亚丁基二氢氧化物、双-（3-甲基-1-咪唑）亚庚基二氢氧化物、双-（3-甲基-1-咪唑）亚辛基二氢氧化物。

中科院西双版纳热带植物园在专利CN102031202A中公开了一种1-丁基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、1-十八烷基-3-甲基咪唑溴盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐等酸性离子液体预酯化废油脂，再以氢氧化钾、氢氧化钠、氧化钙或镁铝水滑石类碱催化剂进行酯交换反应制备生物柴油。

中国科学院兰州化学物理研究所在专利CN1978431A中公开了一种以季铵化的已内酰胺为阳离子的离子液体及其制备方法。通过己内酰胺与磺酸酯通过一步法反应制得离子液体，并考察了离子液体对水和空气的稳定性以及突出其焓变和热稳定性的优越，该离子液体相较于咪唑类离子液体，原料易得且生产成本低，产物无污染，其液晶性能较好。

CN101856512专利公开了一种碱性咪唑类碱性离子液体催化餐饮废油脂制备生物柴油的技术，碱性离子液体催化剂的分子式为：

此发明主要是将废油脂除水后，在碱性离子液体为催化剂的存在下，与甲醇进行酯化反应，产物经蒸馏回收甲醇，饱和氯化钠水洗粗酯后用热水洗至中性，最后加入除水记得到成品生物柴油。此工艺操作简单，反应条件温和，但此工艺成本较高，咪唑的工业价值较高。

常州大学在专利CN102120728A中公布了一种以己内酰胺类离子液体催化制备聚甲醛二甲醚的方法。其结构通式如下，其中m代表0到8的整数，我们通常选择m=0、3或4；X-为硫酸氢根、磷酸二氢根、对甲基苯磺酸根、三氟甲烷磺酸根，甲基磺酸根、三氟乙酸根、甲酸根、醋酸根中的一种。通过调节阴离子的种类，制备不同酸度的离子液体，且合成的离子液体相较于咪唑、吡啶类离子液体易降解，对环境更加有好，重复使用性强。虽然此专利的己内酰胺类离子液体对催化废油脂制备生物柴油的反应中也有一定的催化活性，但是效果较差。

常州大学在专利CN103013680A中公布了一种双功能离子液体一步法催化废油脂制备生物柴油的方法，其结构通式为：