[发明专利]一种杂多酸咪唑盐催化剂的合成方法

说明书

技术领域

一种杂多酸咪唑盐催化剂的合成方法，属于化学合成技术领域。

背景技术

本发明人长期从事杂多酸催化剂的合成及应用方面的研究。杂多酸是由杂原子（如P、Si、Fe、Co等）和多原子（如Mo、W、V、Nb、Ta等）按一定的结构通过氧原子配位桥联组成的一类含氧多酸，具有很高的催化活性，它不但具有酸性，而且具有氧化还原性，是一种多功能的新型催化剂。

大多数杂多酸在有机溶剂中都会形成“假液相”的现象，即是一种固体以液体的流变性的表现在溶液中存在的状态；另外，杂多酸在有机溶剂中的溶解度与其自身含有结晶水的数目和有机溶剂中的含水量有关，但因为其自身结晶水如同一个蓄水池，对于体系的水分有缓冲性的原因，调整体系的含水量并不能迅速的改变杂多酸的溶解状态。

上述特性对于杂多酸的应用而言既是优点，又是缺点。特别是在一些使用杂多酸作为催化剂的有机反应中，由于其在有机溶剂中的“不大不小”的溶解度，降低了催化剂的回收率，提高了过程成本。

这正是杂多酸在许多反应中都具有优异的催化活性，但却至今没有形成工业化装置的原因。

一个偶然的机会，当发明人了解到了“离子液体”的概念后，便着手进行以杂多酸阴离子作为离子液体中的阴离子合成研究。

研究过程中惊喜的发现，杂多酸盐离子液体中的阴离子结构与传统的杂多酸中阴离子结构有明显差异，但对于传统应用领域中的使用却没有造成明显的影响。其主要差异是晶体结构中不再含有结晶水。

实际应用过程中，不含有结晶水的杂多酸阴离子有以下优势：

1、新型杂多酸在体系中的“水分敏感性”大大提高，对于需要在反应中精确控制水分的应用提供了良好的基础。

2、在含水量不超过0.1%的大多数非极性有机溶剂中，新型杂多酸的溶解度大大低于传统杂多酸的溶解度，这对其在许多应用的反应中的提高催化剂回收率奠定了坚实的基础。

3、在大多数亲水的强极性溶剂中的溶解度不再受体系含水量的限制，甚至可以与其混溶。这对于其在许多应用反应中增大了反应界面，提高了催化效率。

研究过程中还发现，按照传统的制备杂多酸盐的离子液体的思路和方法制备的产品含有大量的其他阴离子不纯物，这对于目标产品在许多应用领域的使用将会带来一系列的问题。因此对于制备工艺中如何提高目标产物的纯度，消除其他阴离子的干扰形成了本发明的重点解决的问题之一。

发明内容

本发明提供一种杂多酸咪唑盐催化剂的合成方法，提供一种不含有结晶水的杂多酸阴离子，在实际应用过程中具有许多优势。

本发明的技术方案：一种杂多酸咪唑盐催化剂的合成方法，涉及到的杂多酸是由杂原子（如P、Si、Fe、Co等）和多原子（如Mo、W、V、Nb、Ta等）按一定的结构通过氧原子配位桥联组成的一类含氧多酸。实际上应用较多的是磷钨酸、硅钨酸、磷钼酸等。本发明过程叙述时拟以磷钨酸咪唑盐为例，来说明整个制备过程。

合成步骤为：

（1）磷钨酸的合成：取43g钨酸钠溶解于220g水中，在温度15～25℃的范围内，并在300rpm的情况下，缓缓加入1.23g磷酸，整个添加时间2-2.5h，磷酸滴加完毕后，继续反应时间为5～7h；

使用的钨酸钠指标要求为，以质量计：铁含量小于0.0005%，铜含量小于0.0002%，铝含量小于0.0002%，钼含量小于0.002%，铬含量小于0.0001%，钙镁离子含量总和小于0.0002%；

使用的磷酸为分析纯，含量为85%；

（2）钠离子脱除：将步骤（1）反应后的液体采用5对膜的双极膜电渗析进行钠离子脱除，脱除的工艺为电压控制在每对膜0.5～2.5伏，其中双极膜电渗析为两室结构，即每对膜的组成为双极膜和阳离子交换膜；

反应的终点通过电导值或pH值或电流显示值或检测反应液中钠离子含量来进行判断；反应终点为钠离子含量小于0.005%；

（3）磷钨酸咪唑盐的制备：将步骤（2）经电渗析后的反应液从膜腔体中移出，在300rpm搅拌强度下，加入1-乙基-3-甲基咪唑、或1-甲基-3-甲基咪唑、或1-丁基-3-甲基咪唑之一种，在300rpm的转速下混合1h，为配合整个工艺合成要求，加入的咪唑类物质的纯度应不低于90%，杂质中氨或铵离子含量应不高于0.005%；

咪唑的加入量为磷钨酸离子摩尔数的1～1.5倍；