[发明专利]一种双位点酸性季鏻盐离子液体催化剂的制备及应用

说明书

本发明公开了一系列双位点酸性季鏻盐离子液体催化剂的制备及应用，催化剂母体选用双(二苯基膦)烷烃为母体，其制备方法包括将1,3‑丙磺酸内酯溶解于有机溶剂中，加入双(二苯基膦)烷烃反应，制得白色固体两性前体盐，再将两性前体盐与有机酸或无机酸按比例在去离子水中反应，反应后去除去离子水得到双位点酸性季鏻盐离子液体催化剂。采用本方法制备的双位点酸性季鏻盐离子液体催化剂具有催化剂活性高、稳定性好、回收工艺简单、设备腐蚀性低、重复利用性能好等优点。

技术领域

本发明属于离子液体的制备领域，特别涉及一种双(二苯基膦)烷烃的双位点酸性季鏻盐离子液体催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

随着化石燃料消费的快速增长和环境污染的日益突出，迫切需要探索绿色和可再生能源。生物柴油是由长链脂肪酸甲酯组成，因无毒、不含硫和芳香族化合物、可再生、可与化石柴油混用以及生物可降解性等优点，被认为比化石柴油更清洁且可显著减少SO_x、一氧化碳和未燃碳氢化合物的排放，是一种有很有潜力的化石柴油替代品。制备生物柴油的传统碱性催化剂为氢氧化钠或醇钠，其在游离脂肪酸存在下容易皂化，而消耗催化剂，使产品分离更复杂，并降低生物柴油产量。游离脂肪酸可通过酸催化剂的酯化反应转化为生物柴油，尽管常用的酸(如硫酸、对苯甲磺酸等)具有较高的催化活性和温和的反应条件，但它们的应用会导致设备腐蚀和环境相关问题。因此，开发高效、清洁和环保的催化剂取代传统的酸碱催化剂具有重要的意义。

近年来，离子液体作为一种环境友好的反应介质和催化剂，因其独特的物理化学性质被公认是一种的绿色溶剂。酸性离子液体具有酸性和离子液体的特性，在酯化、酯交换和缩合等反应中得到广泛的应用，具有高效的催化活性、良好的稳定性、结构可调等优点，但存在着催化剂回收困难，重复使用催化活性急剧下降等缺点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种双(二苯基膦)烷烃的双位点酸性季鏻盐离子液体催化剂，以实现高催化活性、易回收、能重复使用地应用于生物柴油制备；

相应的，本发明提供一种双(二苯基膦)烷烃的双位点酸性季鏻盐离子液体催化剂的制备方法；

相应的，本发明提供一种双(二苯基膦)烷烃的双位点酸性季鏻盐离子液体催化剂在生物柴油制备中的应用。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种基于双(二苯基膦)烷烃的双位点酸性季鏻盐离子液体催化剂的结构式如下：

其中，R为阴离子2CH₃SO₃^-、2CF₃SO₃^-、2p-CH₃C₆H₄SO₃^-、2HSO₄^-或2/3PW₁₂O₄₀^3-中的任意一种，n为1-4中的任一整数。

一种制备基于双(二苯基膦)烷烃的双位点酸性季鏻盐离子液体催化剂的方法，以双(二苯基膦)烷烃为母体，与2-6倍摩尔质量的1,3-丙磺酸内酯在有机溶剂中，在80～160℃条件下搅拌反应8～20小时，反应后经离心、洗涤、真干燥后得到白色固体两性前体盐；再将两性前体盐中加入蒸馏水，缓缓滴加有机酸或无机酸溶液，在20～75℃条件下搅拌反应8～20小时，旋转蒸发除去水，用2～3倍乙酸乙酯洗涤3次，继续旋转蒸发除去乙酸乙酯并真空干燥得到双位点酸性季鏻盐离子液体催化剂。

所述双(二苯基膦)烷烃为双(二苯基膦)甲烷、1,2-双(二苯基膦)乙烷、1,3-双(二苯基膦)丙烷或1,4-双(二苯基膦)丁烷中的一种。