一种新型离子液体复合介质及其制备方法与应用及应用方法技术

本发明专利技术提供了一种新型离子液体复合介质，该复合介质由离子液体型溶剂和离子液体型催化剂混合而得；所述离子液体型溶剂通过硫代酰胺与过量的卤化铝在室温和惰性气氛下混合反应得到，所述离子液体型催化剂由含有Brønsted酸性官能团的卤化有机鎓盐与过量的卤化铝在室温和惰性气氛下混合反应得到。同时本发明专利技术还提供了其制备方法及应用、应用方法。本发明专利技术以离子液体作为新型绿色介质，通过电化学方法实现了纤维素到2,5‑二甲基呋喃的高效均相催化转化，有利于降低生产成本。另外，溶液体系不易燃、难挥发，反应过程操作简单、安全性好，技术具有广阔的应用前景。

A New Ionic Liquids Composite Medium and Its Preparation, Application and Application

【技术实现步骤摘要】
一种新型离子液体复合介质及其制备方法与应用及应用方法
本专利技术属于生物质能源领域，具体涉及到一种新型离子液体复合介质及其制备方法与应用及应用方法。
技术介绍
当代社会和经济的发展对能源的需求不断增大，以煤炭、石油和天然气为代表的化石燃料仍然是最为主要的能量来源。但是，这些资源不仅难以再生，而且大量的消耗带来了较为严重的环境问题。因此，开发新型的绿色可再生能源是解决这一问题的重要途径。2,5-二甲基呋喃是一种新兴的燃料油，可通过纤维素等自然界中广泛存在的生物质转化制备获得。该物质具有能量密度高、沸点高、挥发性低、环保性好等优点，是取代传统化石能源的理想燃料。研究表明，2,5-二甲基呋喃的制备一般包括两个主要步骤：第一步是将纤维素等生物质降解生成中间体5-羟甲基糠醛；第二步则是将5-羟甲基糠醛催化氢解得到2,5-二甲基呋喃。目前，国内外普遍采用传统的水溶液或者有机溶剂作为反应介质，这类体系稳定性普遍较差，易于挥发或燃烧，安全性较差。另一方面，反应的催化剂多为无机型强酸或重金属盐类，毒性较大且不利于环境保护。从技术应用的角度来说，客观上还需继续研发更为有效的溶剂和催化剂，进一步简化操作步骤和降低生产成本。离子液体是一种新型的绿色介质，具有不易燃、热稳定性好、不易挥发等优良的物理化学性质，可作为生物质转化反应中的高效溶剂和催化剂。近年来，虽然国内外在该领域的研究上取得了一定进展，但仍然存在不少问题。首先，大部分工作集中于生物质在离子液体中转化制备5-羟甲基糠醛上，而对2,5-二甲基呋喃的制备研究较为有限。其次，反应原料多为价格较高的葡萄糖、果糖等低分子糖类，缺少适用于纤维素等天然大分子生物质的高效均相催化剂，不利于降低成本。另外，反应过程往往需要一定量的铂碳、钯碳等贵重金属复合材料作为催化剂，成本较高，操作较为复杂。鉴于上述研究现状，为了推动2,5-二甲基呋喃制备技术的发展与应用，需要进一步增强离子液体对纤维素的溶解和催化转化能力，简化有关的反应步骤和操作，提高反应效率，降低生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型离子液体复合介质及其制备方法，同时提供其应用是本专利技术的又一专利技术目的。一种新型离子液体复合介质，该复合介质由离子液体型溶剂和离子液体型催化剂混合而得；所述离子液体型溶剂通过硫代酰胺与过量的卤化铝在室温和惰性气氛下混合反应得到，所述离子液体型催化剂由含有酸性官能团的卤化有机鎓盐与过量的卤化铝在室温和惰性气氛下混合反应得到。复合介质中，离子液体型催化剂的摩尔百分含量为10～25％。所述的硫代酰胺分子结构为其中，R代表H原子或烃基；所述卤化铝为AlCl3、AlBr3和AlI3中的一种。所述惰性气氛为氩气、氮气和氦气中的一种。所述卤化有机鎓盐阴离子为Cl-、Br-和I-中的一种，阳离子为吡唑阳离子嘧啶阳离子吡嗪阳离子和锍阳离子中的一种，其中，R代表H原子或烃基或含有酸性官能团的取代基。所述酸性官能团为羧基、磺酸基和羟基中的一种。所述离子液体复合介质的制备方法，包括以下步骤：1)在室温和惰性气氛下，将硫代酰胺与卤化铝以物质的量比1:2～1:3混合反应1～3h，得到离子液体型溶剂；2)在室温和惰性气氛下，将含有酸性官能团的卤化有机鎓盐与卤化铝以物质的量比1:2.1～1:4混合反应2～4h，得到离子液体型催化剂；3)将上述离子液体型溶剂和离子液体型催化剂按比例室温混合即得新型离子液体复合介质。所述的离子液体型复合介质在制备2,5-二甲基呋喃中的应用。利用所述的离子液体型复合介质制备2,5-二甲基呋喃的方法，包括以下步骤：A、在惰性气氛下，将纤维素加入到权利要求1-6任一所述的离子液体型复合介质中于80～120℃反应3～6h；B、以铂或玻璃碳或石墨为阳极，以铜或铝或石墨为阴极对上述溶液体系进行电解；C、电解后对该体系进行减压蒸馏得产物2,5-二甲基呋喃。步骤A中，纤维素的添加量为离子液体型复合介质总质量的6～15％，步骤B中，电解采用恒电流或恒电压形式进行，温度为40～80℃，槽电压为0.5～1.5V，电流密度为5～15mA/cm2，电解时间为1～3h。在本专利技术中，纤维素是指由葡萄糖为基本单元组成的高分子类碳水化合物，分子式为(C6H10O5)n，包括微晶纤维素、纤维素浆粕和棉短绒三种类型，聚合度范围为200～2000。本专利技术是通过硫代酰胺与过量的卤化铝混合反应，首先获得用于溶解纤维素的离子液体型溶剂。然后，将含有酸性官能团的卤化有机鎓盐与过量的卤化铝混合反应，进一步获得具有催化能力的离子液体型催化剂。在此基础上，将上述溶剂和催化剂按一定比例混合后加入适量的纤维素，加热搅拌使其充分溶解并降解。最后，采用电解法对溶液体系进行电化学还原，经过减压蒸馏后可获得纯度较高的2,5-二甲基呋喃。因此，与现有技术相比，本申请具有以下技术效果：1)本专利技术以离子液体作为新型绿色介质，通过电化学方法实现了纤维素到2,5-二甲基呋喃的高效均相催化转化，有利于降低生产成本；2)本专利技术的溶液体系不易燃、难挥发，反应过程及操作简单、安全性好，技术具有广阔的应用前景。3)根据表征结果，2,5-二甲基呋喃的纯度大于99％，产率高于50％。具体实施方式本专利技术通过以下实施例加以说明，但本专利技术并不仅局限于以下实施例，所有符合前后所述宗旨的实施办法均在本专利技术的技术范围内。本专利技术中，若无特别指出，所述离子液体复合介质反应条件均应视为室温下进行，室温的温度范围为20～30℃。实施例1一种离子液体复合介质及其制备方法，其步骤如下1)首先，在室温和氮气气氛下将硫代丙酰胺与AlCl3以物质的量比1:2.5混合反应2h，得离子液体型溶剂；2)然后，将1-甲基-2-磺丙基吡唑氯盐和AlCl3以物质的量比1:3室温混合反应3h，得离子液体型催化剂；3)最后，将上述溶剂和催化剂室温混合即得一种新型离子液体复合介质，其中催化剂在复合介质体系中的摩尔百分含量为15％。利用所述离子液体复合介质制备2,5-二甲基呋喃的方法，其步骤如下：A、氮气气氛下，首先将2g的纤维素浆粕(聚合度范围为500～1000)加入到20g离子液体复合介质中，在80℃下搅拌反应5h；B、然后，将溶液体系加入到电解槽中，以铂、铜分别作为阳极和阴极，采用恒电压法在50℃下电解反应。其中，电解电压为0.9V，电流密度范围为5～10mA/cm2，电解时间为2h；C、最后，对溶液体系进行减压蒸馏而获得产物2,5-二甲基呋喃。经过表征，2,5-二甲基呋喃的纯度为99.6％，产率为57％。实施例2一种离子液体复合介质及其制备方法，其步骤如下：1)首先，在室温和氩气气氛下将硫代异丁酰胺与AlBr3以物质的量比1:2混合反应1.5h，获得离子液体型溶剂；2)然后，将1-氢-2-羟基-4-甲基嘧啶溴盐和AlBr3以物质的量比1:2.1室温混合反应2h，获得离子液体型催化剂；3)最后，将上述溶剂和催化剂室温混合即得一种新型离子液体复合介质，其中催化剂在介质体系中的摩尔百分含量为20％。利用所述离子液体复合介质制备2,5-二甲基呋喃的方法，其步骤如下：A、氩气气氛下，首先将2.5g的微晶纤维素(聚合度范围为200～500)加入到20g离子液体复合介质中，在100℃下搅拌反应4h；B、然后，将溶液体系加入到电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型离子液体复合介质，其特征在于，该复合介质由离子液体型溶剂和离子液体型催化剂混合而得；所述离子液体型溶剂通过硫代酰胺与过量的卤化铝在室温和惰性气氛下混合反应得到，所述离子液体型催化剂由含有

【技术特征摘要】
1.一种新型离子液体复合介质，其特征在于，该复合介质由离子液体型溶剂和离子液体型催化剂混合而得；所述离子液体型溶剂通过硫代酰胺与过量的卤化铝在室温和惰性气氛下混合反应得到，所述离子液体型催化剂由含有酸性官能团的卤化有机鎓盐与过量的卤化铝在室温和惰性气氛下混合反应得到。2.如权利要求1所述的新型离子液体复合介质，其特征在于，复合介质中，离子液体型催化剂的摩尔百分含量为10～25％。3.如权利要求1所述的新型离子液体复合介质，其特征在于，所述硫代酰胺的分子结构为其中，R代表H原子或烃基；所述卤化铝为AlCl3、AlBr3和AlI3中的一种。4.如权利要求1所述的新型离子液体复合介质，其特征在于，所述惰性气氛为氩气、氮气和氦气中的一种。5.如权利要求1所述的新型离子液体复合介质，其特征在于，所述卤化有机鎓盐阴离子为Cl-、Br-和I-中的一种，阳离子为吡唑阳离子嘧啶阳离子吡嗪阳离子和锍阳离子中的一种，其中，R代表H原子或烃基或含有酸性官能团的取代基。6.如权利要求1或5所述的新型离子液体复合介质，其特征在于，所述酸性官能团为羧基、磺酸基和羟基中的一种。7.权利要求1-6任一所述的离子液体复合介质的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑勇，郑永军，武卫明，罗家还，来常伟，邱明艳，
申请(专利权)人：安阳工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41