一种合成叔丁基甘油醚的双核酸性离子液体固载sba-15分子筛催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种合成叔丁基甘油醚的双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛催化剂及其制备方法。催化剂载体是SBA-15介孔分子筛，修饰组分是双核酸性离子液体催化剂，制备方法为：合成SBA-15和双核酸性离子液体，通过物理负载法将离子液体和载体分子筛表面的羟基进行结合，对介孔分子筛进行修饰，制得双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛催化剂。本发明的优点在于，所制得的催化剂用于合成甘油醚的反应，催化效率高，无溶剂，可重复使用，降低生产成本，可望成为极具竞争力的清洁工艺路线。
【专利说明】—种合成叔丁基甘油醚的双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及合成叔丁基甘油醚的双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛催化剂的制备及应用，属于催化合成甘油醚的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着对环境保护的重视和石油资源的紧缺，生物柴油技术迅速成为全球新能源开发的热点。在生物柴油生产过程中会副产大量甘油，其有效利用制约着生物柴油生产的经济性。因此，以甘油为原料的化学品的研究和应用引起世界各国的广泛关注。
[0003]新的燃料添加剂，特别是可生物降解的、无毒且可再生的添加剂的需求近几年越来越受到研究者的重视。叔丁基甘油醚作为一种绿色可再生的新型燃料含氧添加剂，可以作为降低生物柴油粘度的低温流动性能改良剂，还可以替代不易生物降解的甲基叔丁基醚用于提高汽油的辛烷值，降低污染排放，提高油品质量。
[0004]酸性离子液体作为一种新型的环境友好溶剂和液体催化剂，它同时拥有液体催化剂的高密度反应活性位和固体催化剂的不挥发性，其结构和酸性具有可调性，是真正意义上可设计的绿色溶剂和催化剂。然而大多数双核酸性离子液体反应之后难以与产物分离，制约其催化制备甘油醚的工业化进程。
[0005]采用传统的分子筛固体酸作载体，双核酸性离子液体作修饰组分，制得的介孔分子筛负载双核酸性离子液体催化剂既具有均相催化剂的高活性，又避免了非均相催化过程中的扩散限制，同时赋予了催化剂易分离特性，简化了操作流程，降低了操作成本，目前引起人们广泛关注。
[0006]为了解决上述问题，本发明提供一种双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛催化剂制备叔丁基甘油醚，符合绿色化学的要求，有着诱人的工业化前景。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供了一种合成叔丁基甘油醚的双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛催化剂及其制备方法。以该方法所制得的催化剂具有活性高和易分离特性。
[0008]本发明通过下述技术方案加以实现的，一种合成叔丁基甘油醚的双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛催化剂，所述的是甘油和叔丁醇醚化合成叔丁基干油醚，合成甘油醚的双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛的制备方法，其特征在于包括以下过程，
[0009](I)双核酸性离子液体的制备:在反应釜中，将摩尔量1: 2的N，N，N’，N’ -四甲基-1，2-乙二胺和I，3-丙烷磺酸内酯加入到30?80mL乙醇溶剂中，在N2保护下升温至60°C，反应3h后得白色沉淀。反应物降至室温后抽滤，所得固体产物用石油醚洗涤3?5次，于80?120°C下真空干燥5?9h后得离子液体前体N，N，N’，N’_四甲基乙二胺丙烷磺酸内酯[TMEDA-PS]。将离子液体前体[TMEDA-PS]和浓硫酸按照摩尔量1: 2加入5_20mL去离子水中，升温至80°C搅拌，反应2?6h后取出产物旋转蒸发除水，采用乙酸乙酯充分洗涤3~5次，置于80~120°C下真空干燥8h得淡黄色粘稠液体，即为高纯度产物N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺丙烷磺酸内酯硫酸氢盐[TMEDAPS] [HSO4]；
[0010](2) SBA-15分子筛的制备:将P123加入2mol/L盐酸溶液中，在30~50°C下搅拌4~6h至完全溶解，然后加入正硅酸乙酯，其中P123、正硅酸乙酯和盐酸的摩尔比为
0.02:1: 6~0.02:1: 9，在30~50°C温度下搅拌3~5h，然后在40~80°C的水浴中静置24~48h，抽滤干燥，在500~600°C下焙烧3~8h制得SBA-15介孔分子筛；
[0011](3)叔丁基甘油醚的双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛催化剂的制备:将上述得到的SBA-15介孔分子筛0.1~0.3mol均匀分散到20~40mL的无水乙醇中，加入一定量的[TMEDAPS] [HSO4]，[TMEDAPS] [HSO4]与 SBA-15 的摩尔比为 0.04: I ~0.20: 1，于50~90°C搅拌回流12~24h，80~100°C下真空干燥24h，得到酸性离子液体固载分子筛[TMEDAPS] [HSO4]/SBA-15。
[0012]上述合成酸性离子液体的组分为N，N，N’，N’ -四甲基-1，2-乙二胺、N，N，N’，N，-四甲基-1，3-丙二胺、N，N，N，，N，-四甲基-1，2-丁二胺和 N，N，N’，N，-四甲基-1，6-己二胺。
[0013]上述制得双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛用于合成叔丁基甘油醚的方法，其特征在于包括以下过程:
[0014](I)将甘油和叔丁醇按照油醇摩尔比1: 5~1: 15加入反应器中，再加入质量为反应物总质量的I~10%的[TMEDAPS] [HSO4]/SBA-15催化剂，控制反应温度为50~200°C，压力为I~3Mpa，搅拌速率为500~1200rpm，反应时间为I~10h，得到含有叔丁基甘油醚的混合物；
[0015](2)对步骤(1)混合物进行过滤，滤出的固体催化剂可以继续循环使用2-6次。
[0016]本发明的优点在于，催化剂具有活性高和易分离特性，可望成为极具竞争力的清洁工艺路线。
[0017]下面通过具体实施例来对本发明加以进一步说明，但不限制本发明。
【具体实施方式】
[0018]【实施例1】
[0019]双核酸性离子液体的制备:在反应釜中，将0.05mol的N，N，N’，N’ -四甲基-1，2-乙二胺和0.1mol的I，3-丙烷磺酸内酯加入到40mL乙醇溶剂中，在N2保护下升温至60°C，反应3h后得白色沉淀。反应物降至室温后抽滤，所得固体产物用石油醚反复洗涤至少三次，于100°C下真空干燥8h后得离子液体前体N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺丙烷磺酸内酯[TMEDA-PS]。将0.05mol离子液体前体[TMEDA-PS]和0.1mol的浓硫酸加入5mL去离子水中，升温至80°C搅拌，反应2-6h后取出产物旋转蒸发除水，然后用热乙酸乙酯充分洗涤至少三次，置于100°C下真空干燥8h得淡黄色粘稠液体，即为高纯度产物N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺丙烷磺酸内酯硫酸氢盐[TMEDAPS] [HSO4]。
[0020]SBA-15分子筛的制备:将2g P123加入60ml浓度为2mol/L盐酸溶液中，在40°C温度下搅拌5h至完全溶解，然后加入4.5g正硅酸乙酯，在45°C温度下搅拌3h，然后在60°C的水浴中静置24h，抽滤干燥，在550°C下焙烧5h制得SBA-15介孔分子筛。
[0021]叔丁基甘油醚的双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛催化剂:将上述得到的SBA-15介孔分子筛0.2mol均匀分散到30mL的无水乙醇中，加入2mol的[TMEDAPS] [HSO4]，80°C搅拌回流12h，100°C下真空干燥24h，得到双核酸性离子液体固载分子筛[TMEDAPS][HSO4]/SBA-15 o
[0022]【实施例2】
[0023]在催化剂的制备条件与实施例1完全相同的情况下，只将制备方法中的N，N，N’，N’ -四甲基-1，2-乙二胺改为N，N，N’，N’ -四甲基-1，3-丙二胺，得到双核酸性离子液体固载分子筛催化剂。
[0024]【实施例3】
[0025]在催化剂的制备条件与实施例1完全相同的情况下，只将制备方法中的N，N，N’，N’ -四甲基-1，2-乙二胺改为N，N，N’，N’ -四甲基-1，2-丁二胺，得到双核酸性离子液体固载分子筛催化剂。 [0026]【实施例4】
[0027]在催化剂的制备条件与实施例1完全相同的情况下，只将制备方法中的N，N，N’，N’ -四甲基-1，2-乙二胺改为N，N，N’，N’ -四甲基-1，2-己二胺，得到双核酸性离子液体固载分子筛催化剂。
[0028]【反应实施例5-8】
[0029]在IL反应釜中，加入反应物9.2g甘油及74.1g叔丁醇，加入5g双核酸性液体固载分子筛催化剂，在反应温度为80°C，压力为2Mpa，搅拌速率为800rpm条件下，反应时间为4h。以甘油转化率、二叔丁基甘油醚选择性为指标，所得反应性能如表1所示。
[0030]表1双核酸性离子液体固载分子筛催化剂合成甘油醚的反应结果
[0031]
【权利要求】
1.一种合成叔丁基甘油醚的双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛催化剂的制备方法，其特征在于包括以下过程， (1)双核酸性离子液体的制备:在反应釜中，将摩尔量1: 2的N，N，N’，N’-四甲基-1，2-乙二胺和I，3-丙烷磺酸内酯加入到30?80mL乙醇溶剂中，在N2保护下升温至60°C，反应3h后得白色沉淀。反应物降至室温后抽滤，所得固体产物用石油醚洗涤3?5次，于80?120°C下真空干燥5?9h后得离子液体前体N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺丙烷磺酸内酯[TMEDA-PS]。将离子液体前体[TMEDA-PS]和浓硫酸按照摩尔量1: 2加入5_20mL去离子水中，升温至80°C搅拌，反应2?6h后取出产物旋转蒸发除水，采用乙酸乙酯充分洗涤3?5次，置于80?120°C下真空干燥8h得淡黄色粘稠液体，即为高纯度产物N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺丙烷磺酸内酯硫酸氢盐[TMEDAPS] [HSO4]； (2)SBA-15分子筛的制备:将P123加入2mol/L盐酸溶液中，在30?50°C下搅拌4?6h至完全溶解，然后加入正硅酸乙酯，其中P123、正硅酸乙酯和盐酸的摩尔比为0.02:1: 6?0.02:1: 9，在30?50°C温度下搅拌3?5h，然后在40?80°C的水浴中静置24?48h，抽滤干燥，在500?600°C下焙烧3?8h制得SBA-15介孔分子筛； (3)叔丁基甘油醚的双核酸性离子液体固载SBA-15分子筛催化剂的制备:将上述得到的SBA-15介孔分子筛0.1?0.3mol均勻分散到20?40mL的无水乙醇中，加入一定量的[TMEDAPS] [HSO4]，[TMEDAPS] [HSO4]与 SBA-15 的摩尔比为 0.04: I ?0.20: 1，于50?90°C搅拌回流12?24h，80?100°C下真空干燥24h，得到酸性离子液体固载分子筛[TMEDAPS] [HSO4]/SBA-15。
2.一种按权利要求1所述方法制备的[TMEDAPS] [HSO4]/SBA-15催化剂，用于催化合成叔丁基甘油醚的合成工艺，其特征在于包括以下过程， (1)将甘油和叔丁醇按照油醇摩尔比1: 5?1: 15加入反应器中，再加入质量为反应物总质量的I?10%的[TMEDAPS] [HSO4]/SBA-15催化剂，控制反应温度为50?200°C，压力为I?3Mpa，搅拌速率为500?1200rpm，反应时间为I?10h，得到含有叔丁基甘油醚的混合物； (2)对步骤(I)混合物进行过滤，滤出的固体催化剂可以继续循环使用2-6次。
【文档编号】B01J31/02GK103611568SQ201310643671
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】张萍波, 周燕, 范明明, 蒋平平 申请人:江南大学