[发明专利]一种具有催化功能的整体式聚合物多孔固定床的制备工艺

说明书

本发明公开了一种具有催化功能的整体式聚合物多孔固定床的制备工艺，首先对聚合物载体材料溶解后与氯化物混合，并分成两份混合溶液；然后向两份混合溶液中分别滴加氯甲基化试剂，通过不同反应时间得到两份不同氯甲基化度的氯甲基化聚合物材料；再分别加入DMF、咪唑基聚合物、磺酸盐、酸溶液后，置于凝固浴中进行相转化；沉淀物经洗涤干燥后，得到两份不同接枝度的离子液体聚合物载体材料；然后将两份离子液体聚合物载体材料与PVP、PEG‑600和DMF混合后倒入模具，并置于凝固浴进行搅拌反应；使模具内形成整体式聚合物多孔固定床。本发明的制备工艺，可有效提高整体式催化剂机械强度、还可调控催化剂制备规模、外形尺寸、孔隙率和孔径大小。

技术领域

本发明涉及一种具有催化功能的整体式聚合物多孔固定床的制备工艺，属于催化剂制备和催化转化领域。

背景技术

化学工业是我国国民经济的重要组成部分，为我国现代化建设和国防武器炸药研制等提供了大量的基础化学品、原材料、工艺和设备。据报道现代化学工业中80％的产品是借助催化过程生产的，没有催化剂就没有现代化学工业。传统石油化工、医药合成、生物质转化等领域的水解、酯化和烷基化反应均需要酸性催化剂(酶催化和酸催化过程等)，其中酶催化是一种最有效的催化方式，但其预处理复杂、反应时间长、操作和生产成本高并且随着产物的生成会抑制酶的活性。酸催化，一般采用硫酸、磷酸和氢氟酸等，虽然水解效率高，但副产物较多，易腐蚀设备，且废酸后处理费用高。上述这些特征导致酸催化过程产生高能耗、高物耗和环境危害问题。面对日益增加的环境限制，减少能耗物耗，同时为了更好更快地完成“双碳”目标，催化剂的制备和使用方式及其催化转化工艺有待进一步发展。离子液体(IL)由于其独特理化性质(低挥发度、选择性溶解、热力学稳定和可调节结构)，是一种可代替传统酸催化剂的新型绿色溶剂和催化剂，大量的研究表明离子液体催化效率直接与其酸强度成正比。但是，游离态均相离子液体用于催化转化时，存在催化剂用量大、难以与产物进行分离，离子液体价格昂贵且难以回收利用，这在一定程度上制约了离子液体的推广使用。

固载离子液体被看作是解决离子液体难与产物分离的有效方式，通常是通过物理吸附或者化学键合的方式将离子液体固定到载体上，兼具离子液体和载体的优势。这样不仅可以提高离子液体的重复利用性，降低成本，同时便于催化剂和产物分离回收。相比于无机、金属和非金属载体，将离子液体固载在聚合物载体制备催化剂，其具有比表面积大、孔隙率高，多孔结构形成的催化通道可以降低传递阻力，提高离子液体固载量和提供更多的活性位点，显著促进催化反应过程。固载离子液体到聚合物载体方法一般分为等离子体接枝和化学接枝，等离子体法固载离子液体催化剂虽然催化效果好，但是目前等离子体接枝修饰制备工艺难以制备大面积的聚合物多孔催化剂，工业化应用难度较大。而化学法接枝采用非溶剂诱导相分离制备方式十分成熟简便，早已广泛应用于接枝离子液体催化剂的制备。化学法接枝多孔催化膜虽然性能良好，但膜厚较薄(微米级别)需要多次循环操作且反应时间较长，显著增大操作费用、工艺经济性较低。为了使固载离子液体的催化剂更高效进行催化反应和工程化应用，利用非溶剂诱导相分离法规模化制备整体式聚合物多孔催化剂新工艺显得尤为重要。此外，由于整体式结构简单、流动阻力低等优势，进行催化反应具有催化转化工艺控制精度高、可显著提高催化反应的转化率，显著降低转化时间，具有重要的经济和工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统酸催化剂高能耗、高物耗、高污染，新型负载离子液体的聚合物膜单次转化率低、多次循环操作反应耗时长、难以规模制备、工艺经济性低等问题，而提供一种具有催化功能的整体式聚合物多孔固定床的制备工艺。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种具有催化功能的整体式聚合物多孔固定床的制备工艺，具体制备步骤如下：

1)按照将每10g聚合物载体材料对应500mL 1,2-二氯乙烷的比例关系，将聚合物载体材料溶解到1,2-二氯乙烷中，在35～55℃下搅拌溶解；溶解完成后，加入氯化物，持续搅拌0.5～2h后，将上述混合溶液分成两份，得到混合溶液1和混合溶液2；