Br_nsted酸性離子流體用于生物柴油制備的研究.pdf

1、在化石燃料資源日益緊缺、環(huán)境問題日趨嚴(yán)重的當(dāng)今社會(huì)，發(fā)展清潔、可再生的燃料替代品——生物柴油尤為重要，而生物柴油傳統(tǒng)制備方法中所用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿催化劑容易腐蝕設(shè)備，造成環(huán)境污染。離子液體作為新型綠色溶劑和催化劑，具有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，在室溫下幾乎無(wú)蒸汽壓，已被廣泛研究且應(yīng)用于各化學(xué)領(lǐng)域。
　　本文以Br(φ)nsted酸性離子液體催化生物柴油制備中酯交換反應(yīng)為研究對(duì)象，首先根據(jù)文獻(xiàn)制備出三種己內(nèi)酰胺類Br(φ)nsted酸性離子液

2、體:己內(nèi)酰胺硫酸([CP]HSO4)、己內(nèi)酰胺苯磺酸([CP]BSA)和己內(nèi)酰胺對(duì)甲苯磺酸([CP]pTSA)，通過紅外光譜和核磁共振對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。這三種離子液體能與水、甲醇和乙醇等極性溶劑互溶，但幾乎不溶于羧酸酯和醚類等弱極性溶劑。采用Hammett-UV法比較其酸強(qiáng)度大小，測(cè)得其酸強(qiáng)度順序?yàn)?[CP]HSO4＞[CP]pTSA＞[CP]BSA。將這三種離子液體分別用于催化棉籽油與甲醇的酯交換反應(yīng)，得出其催化活性順序?yàn)閇CP]HS

3、O4＞[CP]pTSA＞[CP]BSA，與其酸強(qiáng)度順序一致。以己內(nèi)酰胺硫酸作為催化劑進(jìn)一步優(yōu)化酯交換反應(yīng)條件。在反應(yīng)溫度為65℃，反應(yīng)時(shí)間為5h，甲醇與棉籽油摩爾比為12∶1，離子液體占棉籽油質(zhì)量比為2％時(shí)，生物柴油產(chǎn)率達(dá)到90.2％。己內(nèi)酰胺硫酸用于酯交換反應(yīng)與傳統(tǒng)工藝相比，能量消耗減少，且不產(chǎn)生廢酸，符合綠色化學(xué)工藝的要求。
　　功能化離子液體是一類新型高效催化材料，它是指在離子液體陰陽(yáng)離子中引入一個(gè)或多個(gè)官能團(tuán)，或者陰陽(yáng)離子

4、本身具有特定結(jié)構(gòu)從而使得離子液體具有某種特殊功能或特性。本文對(duì)離子液體進(jìn)行功能化以提高其酸強(qiáng)度，通過兩步合成法制備出六種功能化Br(φ)nsted酸性離子液體:N-羧甲基咪唑硫酸氫鹽([MimCH2COOH]HSO4)，N-羧甲基吡啶硫酸氫鹽([PyCH2COOH]HSO4)，N-羧甲基己內(nèi)酰胺硫酸氫鹽([CPCH2COOH]HSO4)，N-羧甲基己內(nèi)酰胺硝酸鹽([CPCH2COOH]NO3)，1-(3-磺酸基)己內(nèi)酰胺硫酸氫鹽([(C

5、H2)3SO3HCP]HSO4)，1-(4-磺酸基)己內(nèi)酰胺硫酸氫鹽([(CH2)4SO3HCP]HSO4)，采用紅外光譜和核磁共振對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。這六種功能化離子液體同樣能與水、甲醇和乙醇等極性溶劑互溶，但幾乎不溶于羧酸酯和醚類等弱極性溶劑。采用Hammett-UV法比較其酸強(qiáng)度大小，測(cè)得其酸強(qiáng)度順序?yàn)?[(CH2)4SO3HCP]HSO4＞[(CH2)3SO3HCP]HSO4＞[CPCH2COOH]HSO4＞[CPCH2COOH]

6、NO3＞[PyCH2COOH]HSO4＞[MimCH2COOH]HSO4。將制得六種功能化離子液體分別用于酯交換反應(yīng)，得出其催化活性順序?yàn)閇(CH2)4SO3HCP]HSO4＞[(CH2)3SO3HCP]HSO4＞[CPCH2COOH]HSO4＞[CPCH2COOH] NO3＞[PyCH2COOH]HSO4＞[MimCH2COOH]HSO4，與其酸強(qiáng)度順序一致。選擇1-(4-磺酸基)己內(nèi)酰胺硫酸氫鹽作為催化劑進(jìn)一步優(yōu)化酯交換反應(yīng)條件。在