[发明专利]一种高催化活性的IL@SBA-15材料及制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种高催化活性的IL@SBA‑15材料及制备方法和用途，制备方法如下：步骤1、制备SBA‑15；步骤2、制备含磺酸基的离子液体IL；步骤3、制备高催化活性的IL@SBA‑15材料：将含磺酸基的离子液体溶于无水甲醇中，滴入到分散有SBA‑15的无水甲醇中；室温下搅拌反应，反应结束后，蒸去无水甲醇得到产物负载有磺酸基的离子液体的SBA‑15，即高催化活性的IL@SBA‑15材料，记为IL@SBA‑15。本发明得到的催化剂对苯酚与叔丁醇的烷基化均具有较高的催化活性。

技术领域

本发明是以嵌段共聚物P123(聚环氧乙烯-聚环氧丙烯-聚环氧乙烯)为模板剂、正硅酸乙酯为硅源、正己烷作为胶束膨胀剂和NH₄NO₃作为结构辅助剂，水热合成法制得了具有不同孔径、有序的六方中孔二氧化硅材料，具体为一种高催化活性的IL@SBA-15材料及制备方法和用途，属于无机纳米复合材料的技术领域。

背景技术

有序硅基介孔分子筛与其他微孔分子筛材料相比，具有比表面较大，孔径易调节及表面易修饰等优点，在吸附，催化，离子交换等方面具有较好的应用前景。纯有序硅基介孔分子筛上基本没有酸性，氧化及还原等催化活性，为了考察其在一些催化方面的应用，必须将具有活性的物质引进纯有序硅基介孔分子筛中。离子液体(硫酸氢[1-丙基磺酸基-3-甲基咪唑])作为一种磺酸咪唑基B酸，在许多反应中表现出高催化活性。例如，Gui等人首先报道了一系列官能化的离子液体催化叔丁醇和苯酚的烷基化反应，反应物以合适的比例得到高的转化率和高的2,4-DTBP选择性(Gui J等，J.Mol.Catal.A:Chem.2005,225,27-31)。然而，它的高粘度和吸湿性限制了它们的应用(Vafaeezadeh M等，Chem.Eng.J.2014,250，34–41)。此外，从反应混合物中分离和回收使用的离子液体将消耗大量能量(Valkenberg M等，Green Chem.2002,4:88–93)。这些问题限制了它更广泛的应用。为了克服这些问题，可以在高表面积材料上载负官能化离子液体。通过这种方式，离子液体的均相催化反应转化为非均相催化反应，同时减少离子液体的消耗并再循环利用来实现高催化剂效率。

本研究主要是在有序硅基介孔分子筛中引入具有催化活性的离子液体，结合有序硅基介孔分子筛与离子液体的优势，用浸渍法将离子液体(硫酸氢[1-丙基磺酸基-3-甲基咪唑])负载在有序硅基SBA-15孔道上得到复合材料IL@SBA-15催化剂，考察该催化剂对苯酚与叔丁醇烷基化的催化活性。同时有序硅基介孔复合材料作为苯酚与叔丁醇的烷基化反应的催化剂时，反应物以及产物会在介孔分子筛上吸附/脱附。而对于孔径可调节的小孔型的介孔分子筛，其孔径大小是影响反应物及产物的吸附/脱附程度因素之一。狭小的孔径会使分子筛孔道堵塞而失活，而过大的孔径降低了反应物与活性组分的接触率。针对这个特点，我们将硫酸氢[1-丙基磺酸基-3-甲基咪唑]离子液体负载在不同孔径的SBA-15上，考察SBA-15的孔径对苯酚与叔丁醇烷基化的催化影响。

本发明首先合成出-SO₃H官能化的B酸性离子液体(硫酸氢[1-丙基磺酸基-3-甲基咪唑])。通过加入扩孔剂正己烷和结构辅助剂硝酸铵成功的合成了三种不同孔径的SBA-15。将硫酸氢[1-丙基磺酸基-3-甲基咪唑]负载到具有不同孔径的有序硅基介孔分子筛上得到IL@SBA-15(5,8,12nm)固体酸催化剂。通过反应温度，载体孔径对苯酚与叔丁醇烷基化反应的转化率和选择性的影响，得到了最佳的载体孔径。

发明内容

本发明的目的是通过浸渍法将硫酸氢[1-丙基磺酸基-3-甲基咪唑]离子液体负载在不同孔径的有序的SBA-15上而得到IL@SBA-15(5,8,12nm)固体酸催化剂。实验表明：用于苯酚烷基化反应最合适的SBA-15载体孔径为8nm。具体方案如下：