酸功能化离子液体的制备及其在醚化反应中的应用

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酸性离子液体作为一种环境友好的催化新材料,发展十分迅速。凭借其独特的物理化学性质,已在众多催化领域取得很好的应用效果。  作者基于醇脱水醚化反应的机理,分析探讨了影响反应过程的动力学因素。运用Aspen Plus模拟软件,考察反应温度、原料浓度、原料配比等工艺条件对甲醇脱水合成二甲醚(DME)、甲醇与叔丁醇(TBA)反应合成甲基叔丁基醚(MTBE)化学平衡的影响。  本文基于三丁基膦和N-丁基咪唑,采用两步合成法,制备了六种阳离子带有-SO3H基团的酸功能化离子液体。对合成的离子液体进行了红外结构表征;测定了离子液体水溶液的酸强度;运用热重分析仪测定了离子液体的热分解数据;考察了离子液体的水热稳定性。  采用高压反应釜试验装置,考察了离子液体用于醚化反应的催化活性,优选出用于甲醇脱水合成DME、甲醇与叔丁醇反应合成MTBE的催化剂。以耐温性和活性较好的三氟甲磺酸三丁基(4-磺酸基-丁基)鏻盐[(C4H9)3P(CH2)4SO3H]+[CF3SO3]-为催化剂,较系统地考察了反应温度、反应时间、催化剂用量以及甲醇初始浓度等工艺条件对甲醇脱水反应的影响;以较廉价的三氟甲磺酸3-丁基-1-(4-磺酸基-丁基)咪唑盐[Bim(CH2)4SO3H]+[CF3SO3]-为催化剂,考察了反应温度、反应时间、甲醇与叔丁醇摩尔比以及叔丁醇浓度等工艺条件对合成MTBE反应的影响。另外,本文还对酸功能化离子液体催化剂的重复回用性能进行了考察。  研究结果表明:酸功能化离子液体能有效地催化甲醇脱水反应,反应温度、反应时间和催化剂用量是影响反应转化率的主要因素,本实验范围内获得的最大转化率为18.30%,选择性接近100%;离子液体催化合成MTBE的工艺条件缓和,在反应温度95℃,催化剂浓度9%(质量分数),甲醇/TBA摩尔比2.0:1,获得的最佳转化率为66.40%,产物中未检测到其它副反应物。酸功能化离子液体稳定性较好,可循环利用,符合绿色催化的要求。
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