[发明专利]一种介孔极性官能化的聚离子液体-杂多酸催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种介孔极性官能化的聚离子液体‑杂多酸催化剂的制备方法及其应用，所述的介孔极性官能化的聚离子液体‑杂多酸催化剂具有如图(Ⅰ)所示的结构。通过引入不同极性的离子液体合成单体以及添加中性可聚合单体进一步修饰链极性，实现聚离子液体‑杂多酸材料的两亲性调节，利用大体积杂多酸阴离子的原位制孔作用使得材料孔隙利用度更高，活性位点更分散，所合成的杂化材料具有高比表面积、Lewis酸碱特性以及亲水亲脂选择性。可作为非均相催化剂，用于催化芳香族和脂肪族的酯类化合物转化为相应的腈，催化活性高，选择性好，催化剂回收率高，循环使用性优良，且对反应设备腐蚀性小，具有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于催化材料设计和化工产品制备领域，具体涉及一种介孔极性官能化的聚离子液体-杂多酸杂化材料的一步合成方法，及该材料催化酯转化为腈的应用。

背景技术

氰基是最重要的有机官能团之一，可以容易地转化成其他重要官能团，如醛、酮、胺、酰胺和酸，以及含氮杂环，如四唑和恶唑等。因此，腈类化合物常被用作重要的合成中间体，广泛用于农用化学品、药品和功能材料的合成。此外，由于其自身具有独特的化学物理性质，在合成树脂、杀虫剂、胶黏剂和特种溶剂等化工领域中具有广泛应用。

腈类化合物有多种合成路径，将酯类化合物转化为腈即为其中之一。酯到腈的转化主要包括氨解和脱水两步骤反应，目前用于该转化的催化剂种类有限，WO2014128154A1公开了利用第8族金属以及铝、锆、铌等混合金属氧化物作为催化剂，在连续操作反应器里180℃～400℃的高温下催化不饱和脂肪酸或脂肪酸酯转化为脂肪腈；US7259274B2公开的利用SiO₂负载的钛氧化物作为催化剂，催化短链(C₁～C₅)脂肪酸、二酸以及脂肪酸酯转化为脂肪腈；利用廉价的TiO₂固体酸催化剂催化3-羟基丙酸乙酯氨解-脱水，以90％的收率获得丙烯腈(Science,2017,358,1307-1310)；利用V₂O₅等固体酸催化剂催化甘油三酸酯与NH₃进行直接气相反应生成脂肪腈，与低酸度的催化剂(如ZrO，Al₂O₃和CuO)相比，酸度较高的催化剂(如V₂O₅，Fe₂O₃和ZnO)显示出较高的脂肪腈收率(ACS Omega,2017,2,9013-9020)。金属氧化物催化酯转化为腈，虽然催化活性高，但选择性不佳，且由于比表面积小，催化剂用量较大，同时需要较高的反应温度，实际生产中能耗大。也有利用氢化二异丁基铝(DIBAL-H)将各种脂肪族和芳香族酯低温还原形成半缩醛O-AlBu₂中间体，然后与I₂的氨水溶液反应，可以以良好至中等收率获得相应的芳香腈(Tetrahedron,2011,67,7956-7962)，该反应所用催化剂难以分离，且操作条件要求苛刻。利用分子筛Hβ-75在220℃催化各种甘油三酸酯(C₄～C₁₈)和NH₃反应制备腈(ChemSusChem,2019,12,3115-3125)，该反应同样存在选择性差，需要高温等问题。