[发明专利]一种短孔道介孔硅固载氯铝酸离子液体催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种短孔道介孔硅固载氯铝酸离子液体催化剂及其制备方法。该催化剂是由氯铝酸离子液体通过阴离子键合的方式固载到短孔道介孔硅载体的表面得到，其中用于固载的氯铝酸离子液体由磺酸功能化离子液体与无水氯化铝制备得到；离子液体的质量固载量为10～45％。以短孔道介孔硅为载体，磺酸功能化的氯铝酸离子液体为主要功能组分，通过阴离子键合的方式将氯铝酸离子液体固载到短孔道介孔硅载体上。本发明所提供的固载型离子液体催化剂同时具有和Lewis两种酸性位点，可以用于烷基化反应，具有反应活性高、反应过程不易积碳、催化剂用量少、且催化剂与产物易分离等优势。

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种短孔道介孔硅固载氯铝酸离子液体催化剂及其制备方法。

背景技术

烷基化反应是石油化工领域合成清洁燃料和各种化工产品最重要的途径之一，该类反应往往需要在高酸强度催化剂的作用下才得以进行。例如异构烷烃与低碳烯烃制取烷基化油所使用的催化剂为浓硫酸和氢氟酸，这两种无机液体酸都具有很高的酸强度，但由于这两种催化剂对生产设备具有很强的腐蚀性，且以浓硫酸为催化剂时酸耗量大，达到了100～200kg/t烷基化油，而氢氟酸又具有较强的毒性，一旦泄露，后果不堪设想，因此这两种传统催化剂的使用受到了越来越多的限制。

新型烷基化油催化剂主要包括两大类：孔隙发达且具有酸性的固体酸催化剂(如分子筛、浓硫酸负载的二氧化硅等)以及金属盐类酸性离子液体催化剂(以氯铝酸类为主)。其中，固体酸催化剂因具有腐蚀性低、与反应物和产物易分离等优点，受到了广泛的研究和关注。但是该类催化剂在反应过程中积碳严重，失活速率极快，极大地限制了其工业化应用。而新型离子液体催化剂如氯铝酸离子液体具有反应活性高、其本身与反应原料和产物不互溶等优势，曾一度被认为是最有可能代替传统无机酸的新型催化剂，但氯铝酸离子液体对水极为敏感，因而对反应原料中的水含量要求极高，大幅增加了工业设备的投入成本。除此之外，由于纯氯铝酸离子液体过强的酸性与酸密度中心，导致烷基化反应目标产物(如三甲基戊烷，TMPs)的选择性不佳。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种短孔道介孔硅固载氯铝酸离子液体催化剂，本发明的另一目的是提供上述短孔道介孔硅固载氯铝酸离子液体催化剂的制备方法。具体涉及以短孔道介孔硅为载体，磺酸功能化的氯铝酸离子液体为主要功能组分，通过阴离子键合的方式将该氯铝酸离子液体固载到短孔道介孔硅载体上。经过扩孔处理后，载体材料的短孔道片层结构有利于反应原料和产物的快速扩散，从而有效抑制积碳的发生。此外，将氯铝酸离子液体固载到介孔硅上，能提高离子液体的利用率，避免其高黏度所带来的传质阻力大等问题。本发明所提供的固载型离子液体催化剂同时具有和Lewis两种酸性位点，可以用于烷基化反应，具有反应活性高、反应过程不易积碳、催化剂用量少、且催化剂与产物易分离等优势。

本发明的技术方案为：一种短孔道介孔硅固载氯铝酸离子液体催化剂，其特征在于该催化剂是由氯铝酸离子液体通过阴离子键合的方式固载到短孔道介孔硅载体的表面得到，其中用于固载的氯铝酸离子液体由磺酸功能化离子液体与无水氯化铝制备得到；离子液体的质量固载量为10～45％。

优选所述磺酸功能化离子液体的阳离子为磺丙基咪唑、磺丁基咪唑、1-磺丙基-3-甲基咪唑、1-磺丁基-3-甲基咪唑、1-磺丙基-3-丁基咪唑或1-磺丁基-3-丁基咪唑中的任一种；阴离子为氯离子或溴离子中的任一种。

本发明还提供了制备上述的短孔道介孔硅固载氯铝酸离子液体催化剂的方法，其具体步骤如下：

(1)氯铝酸离子液体的制备：将磺酸功能化离子液体加入容器中，在惰性气体保护下加入无水氯化铝，搅拌使其完全溶解，并在80～120℃下继续搅拌反应8～24h，经真空干燥后，即可得到氯铝酸离子液体；