[发明专利]一种离子液体催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明公开一种离子液体催化剂及其制备方法和应用。其中离子液体催化剂，原料为N‑烷基咪唑、卤代烷基醇和卤代锌盐，其中N‑烷基咪唑、卤代烷基醇和卤代锌盐的摩尔比为1:1～1.5:1.5～2.0。方法包括：将N‑烷基咪唑注入至反应器中，加热至80～100℃；将卤代烷基醇搅拌条件下缓慢注入至反应器内，并控制温度在50～70℃，并在该温度条件下恒温保持4～5个小时，用真空泵抽真空，将未反应卤代烷基醇蒸出；将卤代锌盐加入至反应器中，在70～80℃条件下恒温混合2～3小时后取出，得到离子液体催化剂，其中，上述步骤中所述的N‑烷基咪唑、卤代烷基醇和卤代锌盐的摩尔比为1:1～1.5:1.5～2.0。该离子液催化剂，更有助于溶解CO2和环氧化合物，从而促进羰基化反应进行。

技术领域

本发明涉及催化剂合成技术领域，特别涉及一种用于在环氧乙烷和二氧化碳制备碳酸乙烯酯时，用作催化剂的离子液体催化剂；本发明还涉及这种离子液体催化剂的制备方法和用途。

背景技术

以环氧乙烷与二氧化碳为原料合成碳酸乙烯酯被广泛研究，高效催化剂的研发为研究的重点工作。目前常用的催化剂有Lewis酸金属化合物和Lewis碱组成的催化剂，其中使用的Lewis酸金属化合物包括碱(土)金属卤化物、过渡金属盐过渡金属或主族金属配合物，所使用的Lewis碱有有机碱、季铵盐、季鏻盐、冠醚等。使用较多的非均相催化体系包括金属氧化物体系等。

这些催化剂化体系存在活性、选择性不高，部分使用了毒性很强的有机溶剂，且均相催化体系的存在催化剂难以分离的缺点。非均相催化剂体系活性低，所需要的反应时间较长等缺点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种取代基侧链长、阴阳离子之间距离大且静电作用小、阴离子表现出强活化能和亲核性能力的羟基功能化离子液体催化剂，以及这种离子液体催化剂的制备方法和用途。

为此，本发明提供了一种离子液体催化剂，其合成所需原料为N-烷基咪唑、卤代烷基醇和卤代锌盐，其中N-烷基咪唑、卤代烷基醇和卤代锌盐的摩尔比为 1:1～1.5:1.5～2.0。

合成的离子液催化剂，咪唑取代基侧链长，阴阳离子之间距离大，二者之间静电作用小，阴离子表现出强活化能和亲核性能力，长链离子液体更有助于溶解 CO2和环氧化合物，从而促进羰基反应进行。

作为本发明离子液体催化剂的一个优选方案，其中N-烷基咪唑选自N-甲基咪唑、N-乙基咪唑或N-丙基咪唑。

作为本发明离子液体催化剂的另一个优选方案，其中卤代烷基醇选自4-氯丁醇、4-溴丁醇或4-碘丁醇。

作为本发明一种离子液体催化剂的又一个优选方案，其中卤代锌盐选自 ZnCl₂、ZnBr₂或ZnI₂。

本发明还提供了一种上述离子液体催化剂的制备方法，包括下列步骤：

将N-烷基咪唑注入至反应器中，加热至80～100℃；

将卤代烷基醇搅拌条件下缓慢注入至所述的反应器内，并控制温度在50～ 70℃，并在该温度条件下恒温保持4～5个小时，用真空泵抽真空，将未反应卤代烷基醇蒸出；

将卤代锌盐加入至所述的反应器中，在70～80℃条件下恒温混合2～3小时后取出，得到所述的离子液体催化剂，其中，上述步骤中所述的N-烷基咪唑、卤代烷基醇和卤代锌盐的摩尔比为1:1～1.5:1.5～2.0。

本发明还提供了一种上述离子液体催化剂在制备碳酸乙烯酯中的应用，其中将环氧乙烷与所述的离子液体催化剂放入反应釜中，按照环氧乙烷与二氧化碳摩尔比为1:1～2通入二氧化碳，反应温度为100～150℃，反应压力为0.5～ 6MPa，反应时间为2～3小时，通过减压蒸馏，即可获得碳酸乙烯酯。