固载离子液体［HSO3-BMIM］［HSO4］/SiO2的制备及其催化乙酸乙醇酯化反应的研究

为使离子液体(ILs)在保持催化活性的前提下更易分离回收,减轻ILs的腐蚀,制备了固载ILs,并用于催化酯化反应合成乙酸乙酯(EtAc)。通过红外光谱、热失重、N₂吸附-脱附、扫描电镜等对固载ILs进行表征分析,发现溶胶-凝胶(Sol-Gel)法比浸渍法能更有效地固载ILs于二氧化硅(SiO₂)载体上,在催化乙酸乙醇酯化合成EtAc时催化效果较好。反应条件为酸醇比R⁰_A∶E = 1,反应温度T在323.15~338.15 K范围内,催化剂与乙酸质量比x_cat∶HAc在5%~15%范围内时,Sol-Gel法制备的[HSO₃-BMIM][HSO₄]/SiO₂初始反应速率较快,反应30 min时乙酸转化率(X_HAc)超过50%,达到平衡转化率(68%)的约70%。使用LHHW模型拟合[HSO₃-BMIM][HSO₄]/SiO₂催化酯化反应的速率,结果表明该模型预测准确。重复性考察发现,[HSO₃-BMIM][HSO₄]/SiO₂在前三次使用时的X_HAc (t = 4 h)超过60%,经六次使用后有所下降。使用Sol-Gel法制备的固载ILs的催化活性和稳定性优于浸渍法,表明Sol-Gel法更适合用于制备固载ILs。     

SBA-15固载酸性离子液体催化酯化反应性能

为了减少离子液体用量及解决催化剂分离问题,采用键合法制备了以SBA-15为载体的固载化离子液体催化剂[C₃SO₃HCP]HSO₄/SBA-15,通过FT-IR、TG、XRD、BET和TEM分析了催化剂的结构和稳定性。并将其应用于催化丁二酸酐和乙醇的酯化反应。结果表明:[C₃SO₃HCP]HSO₄被成功固定在SBA-15上,且具有较高的热稳定性和催化活性,克服了非均相催化剂活性不高与均相催化剂难以分离的不足。在催化剂用量为反应物总质量的5%、n(C₄H₄O₃):n(C₂H₅OH)=1:3,反应温度80℃;反应时间4 h、带水剂用量为反应物总质量的30%的条件下,酯收率达93.7%,且该催化剂循环使用8次后,仍具有较高的催化活性。此外,还考察了以[C₃SO₃HCP]HSO₄/SBA-15为催化剂催化合成系列酯也获得了较高的酯收率,且易于与产物酯分离。     

草酸与苯甲醇催化合成草酸二苄酯

草酸二苄酯作为一种常见的日用及工业产品有机合成中间体，已被广泛应用到医药、染料、农药和橡胶制品等物质的生产中。以草酸和苯甲醇为原料，环己烷为带水剂，探究离子液体[(PS)₄HMT][HSO₄]₄催化合成草酸二苄酯的催化效果。通过正交实验得到最佳条件：催化剂用量为草酸物质的量11%(优化后催化剂为草酸物质的量3%),醇酸物质的量比2.3∶1,环己烷带水剂20 mL,反应温度100℃,反应时间40 min。为了使离子液体便于回收并探究其稳定性，对离子液体进行固载，结果表明，固载后离子液体催化活性有所提高，有利于催化剂与产物的分离。回收固载的离子液体重复使用6次，离子液体的催化活性基本保持不变。     

溶剂热浸渍法制备高稳定性Zn(OAc)2/SiO2催化剂及其催化合成苯氨基甲酸甲酯

Zn(OAc)₂对由碳酸二甲酯（DMC）和苯胺合成苯氨基甲酸甲酯（MPC）的反应具有优异的催化性能,但存在易失活、不能重复使用的缺点。为此,以DMC为溶剂,利用溶剂热浸渍法制备Zn(OAc)₂/SiO₂催化剂,并对其催化性能进行了研究。利用XRD、FTIR和TG-DTA等方法对其进行了表征,结果表明,Zn(OAc)₂/SiO₂催化剂表面存在Zn(OAc)₂和ZnO,且其在SiO₂表面分散较好;优化了Zn(OAc)₂/SiO₂催化剂的反应条件,当反应温度为190℃、反应时间为5h、苯胺与DMC的摩尔比为1∶20、催化剂与苯胺质量比为0.2时,苯胺的转化率为97.2%,MPC的选择性为89.4%。和等体积浸渍法制备的催化剂相比,溶剂热浸渍法制备的Zn(OAc)₂/SiO₂催化剂具有较好的稳定性,重复使用7次,苯胺的转化率下降至79.1%,MPC的选择性下降至79.2%。Zn(OAc)₂/SiO₂活性下降的原因是由于ZnO的生成,并对其进行了再生,再生后的催化剂活性与新鲜催化剂接近。     

负载型杂多酸制备及对苯羟基化反应的活性研究

采用浸渍法和回流吸附法在γ-Al₂O₃、NaX型分子筛、TiO₂、SiO₂和椰壳活性炭载体上制备7种负载型杂多酸催化剂,并对催化苯羟基化制苯酚的反应活性进行研究。结果表明,制备的负载型杂多酸催化剂具有催化活性,且催化活性与负载方式和载体的种类有关,椰壳活性炭是硅钼钒杂多酸最好的载体,负载率达16.3%,苯酚收率7.4%,苯酚选择性97.1%。     

H3PW12O40/酸改性硅藻土催化剂的制备、表征及催化合成乙酸正丁酯

以硫酸改性后的硅藻土为载体,Keggin结构磷钨酸为活性组分,通过浸渍法制备出负载型催化剂H₃PW₁₂O₄₀/改性硅藻土,并对催化剂进行傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）和N₂-程序升温脱附（N₂-TPD）表征。结果表明：酸改性后硅藻土的微孔增大增多,比表面积增大。H₃PW₁₂O₄₀均匀分布在改性硅藻土载体上,负载后磷钨酸仍保持Keggin结构。以H₃PW₁₂O₄₀/改性硅藻土为催化剂催化乙酸和正丁醇液相合成乙酸正丁酯,通过正交试验探索优化工艺条件。在较优工艺条件下,即w(40%H₃PW₁₂O₄₀/改性硅藻土)=1.1%（基于反应物质量）,n(酸)∶n(醇)=1∶3,125℃反应2.0h,酯化率高达98.1%。催化剂重复催化使用5次,酯化率仍可达86.1%。H₃PW₁₂O₄₀/改性硅藻土可作为催化合成乙酸正丁酯的高效催化剂,具有活性高、用量少、价格低廉、制备简单、后处理简便、无废液排放等优点。     

酸性离子液体［(CH2)4SO3HMIM］［HSO4］催化潲水油制备生物柴油的研究

制备了酸性离子液体[(CH₂)₄SO₃HMIM］［HSO₄］并用于催化潲水油制备生物柴油,研究了反应时间、反应温度、醇油物质的量比和剂油物质的量比等对酯交换反应转化率的影响,确定了较适宜的反应条件。结果表明,在反应时间4 h、反应温度140 ℃、醇油物质的量比12和剂油物质的量比0.08条件下,酯交换反应转化率为92.13%。制备的生物柴油达到了中国柴油机燃料调合用生物柴油(BD100)标准GB/T20828-2007。     

酸性离子液体［HSO3-bpy］CF3SO3催化合成MDC

制备了一系列磺酸吡啶功能化酸性离子液体(ILs),采用Hammett指示剂与紫外联用法测定了其酸强度。考察了各酸性离子液体在苯氨基甲酸甲酯(MPC)与甲醛缩合制备二苯甲烷二氨基甲酸甲酯(MDC)反应中的催化活性。结果表明,离子液体的酸强度与其催化活性关联较好;［HSO₃-bpy］CF₃SO₃酸强度最高,催化活性也最好。以［HSO₃-bpy］CF₃SO₃为催化剂兼溶剂,优化了MDC合成反应条件。在反应温度70℃,反应时间60 min,MPC与甲醛的摩尔比为12,离子液体与MPC的质量比为4的条件下,MDC产率最高可达91.5％。用水处理反应液,通过减压蒸馏后的离子液体可以循环使用5次以上。     

季铵盐型离子液体催化合成乙酸正丁酯

一步法制备了4种季铵盐型离子液体,并用FT-IR和¹H NMR表征结构。结果表明所合成的离子液体符合其理论结构;以它们为催化剂进行了乙酸正丁酯的合成研究,在相同条件下乙酸正丁酯的产率顺序为［Et₂NH₂］［HSO₄］>［Et₃NH］［HSO₄］>［n-Pro₃NH］［HSO₄］>［n-But₃NH］［HSO₄］,并且［Et₂NH₂］［HSO₄］和［Et₃NH］［HSO₄］与产物不互溶,而［n-Pro₃NH］［HSO₄］和［n-But₃NH］［HSO₄］与产物互溶,表明季铵盐离子液体的催化活性和极性都随阳离子链长度的增加而降低。以三乙胺硫酸为催化剂考察了反应时间、反应温度、醇酸摩尔比和离子液体用量对乙酸正丁酯产率的影响规律,结果表明：在n(正丁醇)∶n(乙酸)∶n(离子液体)=1∶2∶0. 25,反应时间8 h,反应温度 90℃的条件下乙酸正丁酯的产率达到81. 94%。采用减压蒸馏,除去离子液体相中的水、乙酸正丁酯和未反应的原料,将离子液体进行循环使用4次,结果表明乙酸正丁酯的产率没有明显下降,说明离子液体的稳定性和循环使用性较好。     

酸性离子液体催化合成草酸二乙酯

合成了4种咪唑基酸性离子液体,用于催化草酸和乙醇酯化反应合成草酸二乙酯。考察了影响反应的主要因素,确定最佳反应工艺条件为：采用[Mim(CH₂)₃SO₃H]HSO₄离子液体为催化剂,反应温度为110 ℃,反应时间为90 min,n(乙醇)∶n(草酸)=4∶1。在此条件下离子液体循环使用4次,活性变化不明显,草酸二乙酯收率大于73%。此外,采用溶胶-凝胶法将[Mim(CH₂)₃SO₃H]HSO₄离子液体固定到SiO₂上,用于催化酯化反应。结果表明,离子液体固定化后,其酸催化性能有明显提高,草酸二乙酯收率为84.8%,且催化剂具有较好的稳定性。     

负载型离子液体催化酯化法合成三醋酸甘油酯

研究了以磺酸咪唑基离子液体催化甘油和醋酸通过直接酯化法合成三醋酸甘油酯反应,结果表明,[(n-Bu-SO_3H)MIm][HSO_4]离子液体催化性能最好。采用浸渍法将其固载在SiO_2的表面,利用FT-IR对催化剂结构进行了表征,考察反应工艺条件对甘油转化率和三醋酸甘油酯选择性的影响,结果表明,在催化剂用量8%,醋酸与甘油物质的量比6∶1,110℃条件下反应8.0 h,甘油转化率可达到97.2%,对应的三醋酸甘油酯选择性可达21.2%。回收的催化剂经重复使用4次,反应体系中甘油转化率和三醋酸甘油酯选择性无明显下降。     

Study on extraction of thiophene from model gasoline with br?nsted acidic ionic liquids

Br?nsted acidic ionic liquids (ILs), N-methylimidazole hydrogen sulfate ([HMIm]HSO₄) and N-methylpyrrolidone hydrogen sulfate ([HNMP]HSO₄), are synthesized and employed as extractants to extract thiophene from model gasoline (thiophene dissolved in n-octane). The effect of extraction temperature, extraction time and volume ratio of ILs to model gasoline on desulfurization rates is investigated. Then, the optimal desulfurization conditions are obtained: the ratio of ILs to model gasoline is 1∶1, extraction temperature is 50°C for [HMIm]HSO₄ and 60°C for [HNMP]HSO₄, extraction time is 60 min. Meanwhile, the desulfurization rate of [HNMP]HSO₄ for model gasoline is 62.8%, which is higher than that of [HMIm]HSO₄ (55.5%) under optimal conditions. The reason is discussed on the basis of the interaction energy between thiophene and ILs at the B3LYP/6-311++ G(d,p) level. Furthermore, the total desulfurization rate of [HNMP]HSO₄ and [HMIm]HSO₄ reaches 96.4% and 94.4%, respectively, by multistage extraction. Finally, the used ILs can be reused by vacuum drying, and their desulfurization rates are not significantly decreased after recycling 7 times in single-stage desulfurization.     

High capacity absorption of SO2 using imidazole ionic liquid mixtures

The capture of sulfur dioxide (SO₂) with readily available and cost-effective ionic liquids (ILs) is one of the challenges for the application of ILs. Here, we synthesized the ILs mixtures with different molar ratios (3∶1, 2∶1, 1∶1, 1∶2, and 3∶1) of 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride ([Emim][Cl]) and 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate ([Emim][OAc]) to study their SO₂ absorption capacities. The SO₂ solubilities in these mixtures were investigated under different conditions. The SO₂ absorption capacities of [Emim][Cl]_x[OAc]_1-x at different temperatures and SO₂ partial pressure were measured. The results show that ILs can effectively capture SO₂. There exists a synergistic promotion effect between [Emim][Cl] and [Emim][OAc], resulting in quite high SO₂ absorption capacity. The [Emim][Cl]_0.33[OAc]_0.66 mixture can capture SO₂ (1.34±0.08) and (0.74±0.05) g/g at 1.0 and 0.2 atm(1 atm=101325 Pa), respectively. Comparing with the reported data, [Emim][Cl]_x[OAc]_1-x mixtures show obvious advantage for SO₂ capture. In addition, these ionic liquid mixtures have good reversibility for the absorption and desorption of sulfur dioxide.     

The effect of protic ionic liquids incorporation on CO2 separation performance of Pebax-based membranes

The separation of carbon dioxide (CO₂) is of great importance for environment protection and gas resource purification. The ionic liquids (ILs)-based gas separation membrane provides a new chance for efficient CO₂ separation, while high permeability and selectivity of membranes is a great challenge. In this study, the influence of two protic ILs with different anion ([TMGH][Im] and [TMGH][PhO]) on the CO₂ separation performance of the prepared ILs/Pebax blended membranes were systematically investigated at different temperature. The results showed the CO₂ permeability exhibits the rising trend for ILs/Pebax blended membranes with the increment of IL content. Especially, the [TMGH][Im] with low viscosity and high CO₂ absorption capacity leads to the blended membranes showing better CO₂ permeability and ideal CO₂ selectivity than that of membranes with [TMGH][PhO] at high IL content. Besides, with operating temperature increasing, the gas permeability of 20% (mass) [TMGH][Im]/Pebax blended membrane increases due to the decreasing viscosity of IL and the rising chain mobility of polymer. Inversely, the gas selectivity shows decreasing trend because CO₂ absorption capacity obviously decreased at higher temperature.     

Densities and surface tensions of ionic liquids/sulfuric acid binary mixtures

The densities and surface tensions of [Bmim][TFO]/H_2SO_4, [Hmim][TFO]/H_2SO_4 and [Omim][TFO]/H_2SO_4 binary mixtures were measured by pycnometer and Wilhelmy plate method respectively. The results show that densities and surface tensions of the mixtures decreased monotonously with increasing temperatures and increasing ionic liquid(IL) molar fraction. IL with longer alkyl side-chain length brings a lower density and a smaller surface tension to the ILs/H_2SO_4 binary mixtures. The densities and surface tensions of the mixtures are fitted well by Jouyban–Acree(JAM) model and LWW model respectively. Redlich-Kister(R–K) equation and modified Redlich-Kister(R–K) equation describe the excess molar volumes and excess surface tensions of the mixtures well respectively. Adding a small amount of ILs(xILb 0.1) into sulfuric acid brings an obvious decrease to the density and the surface tension. The results imply that the densities and surface tensions of ILs/H_2SO_4 binary mixtures can be modulated by changing the IL dosage or tailoring the IL structure.     

固载氨基化离子液体的制备及其对CO2的吸附性能

利用浸渍法将[NH₃P-mim][BF₄]和[MEA]L两种离子液体负载到AC、Al₂O₃和MCM-41上,考察了对CO₂的吸附性能,确定了[NH₃P-mim][BF₄]/AC对CO₂的吸附性能最优。并对[NH₃P-mim][BF₄]/AC考察了不同负载量、不同温度下对CO₂的吸附性能,确定了固载离子液体对CO₂的吸附容量随着负载量的增加而增加,且30℃是固载离子液体吸附CO₂的最佳温度,吸附容量达到0.063 mmol CO₂·(g SILP)^-1。对[NH₃P-mim][BF₄]/AC进行红外和热重两种表征,确定了负载离子液体的结构以及在50℃以下优良的热稳定性。     

负载离子液体［hnmp］HSO4催化剂在合成阿司匹林中的应用

由溶胶-凝胶法负载酸性离子液体N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐（［hnmp］HSO₄）,制备得到硅胶负载离子液体。采用扫描电镜和红外光谱分析测试技术对硅胶负载离子液体进行表征,并以负载离子液体为催化剂用于阿司匹林的合成,考察负载离子液体的制备条件、负载离子液体用量、反应温度、反应时间和反应物配比等对合成阿司匹林的影响。结果表明,负载离子液体对于合成阿司匹林具有良好的催化效果,在n(水杨酸)∶n(乙酸酐)=3∶10、N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐负载离子液体用量1.0 g、反应温度80 ℃和反应时间35 min条件下,阿司匹林产率可达87.20%。负载离子液体重复使用4 次,仍表现出良好的催化活性。     

咪唑类离子液体混合物用于二氧化硫高效吸收

开发易制备、价格便宜、面向SO₂气体高效分离的离子液体（ILs）,是当前ILs从实验探索迈向工业应用的难点与重大挑战。合成了不同摩尔比（3∶1、2∶1、1∶1、1∶2和1∶3）的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐（[Emim][Cl]）和1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐（[Emim][OAc]）的离子液体混合物[Emim][Cl]_x[OAc]_1-x, 在测定其密度、黏度、热稳定性等基本物性数据的基础上,研究了[Emim][Cl]_x[OAc]_1-x混合物在不同温度和SO₂分压下的SO₂吸收能力。结果表明,[Emim][Cl]_x[OAc]_1-x能够有效地捕获SO₂。[Emim][Cl]与[Emim][OAc]之间存在协同促进作用,有利于实现SO₂高效吸收。[Emim][Cl]_0.33[OAc]_0.66混合液在1.0和0.2 atm（1 atm=101325 Pa）下捕获SO₂量分别为（1.34±0.08）和（0.74±0.05） g/g,与现有结果相比,混合物在SO₂捕获方面有明显优势。此外,这些离子液体混合物对二氧化硫的吸收和解吸具有良好的可逆性。