【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂，具体涉及一种酯交换法合成生物柴油的吡啶膦基离子液体催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着不可再生石化资源的持续消耗和环境污染的日益严重，生物质资源的开发和利用显得尤为重要。特别是利用非食用植物油、动物油或废弃油脂与低碳醇(甲醇或乙醇)通过酯交换法制备可再生清洁的生物柴油(高级脂肪酸甲酯)备受关注。生物柴油具有十六烷值高、不含硫和芳香族化合物，且能与石化柴油混用以及生物可降解性等优点。因此，生物柴油也被称作为“绿色能源”。通过酯交换法制备生物柴油的常见催化剂主要为强碱性催化剂和强酸性催化剂，如氢氧化钾、氢氧化钠、甲醇钠、乙醇钠、浓硫酸和浓盐酸等，存在对设备腐蚀严重和产物后处理复杂(形成的废水严重污染了环境)等不足。因此，开发高效、绿色、稳定的催化剂取代传统的酸碱催化剂具有重要的意义。
2、离子液体作为一种新型、环境友好的“绿色溶剂”和高效催化剂，被广泛应用于化工、环境、医药和生物制造等领域。其阴、阳离子的可设计性，致使其物理化学性能具有良好的可调性。但目前用于制备生物柴油的离子液体大多数为咪唑类、吡啶类、吡咯类和季铵类离子液体，虽然呈现出较好的催化效果，但是存在离子液体催化剂用量大、分离回收较为复杂，且稳定性和重复使用性较差(特别是碱性离子液体)等缺点。与这些离子液体相比，具有大分子结构的季鏻盐离子液体在生物柴油制备中不仅呈现出更好的催化效果，而且具有更高的物理和化学稳定性。专利cn112934259a公开了一种采用双(二苯基膦)烷烃类季鏻盐离子液体催化高级脂肪酸和甲醇酯化反应制备生物柴油
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种具有高酸位点密度和高稳定性的吡啶膦基离子液体及其制备方法和应用。通过选择分子量较大且具有双活性位点的二苯基-2-吡啶膦作为主体，再引入磺酸基团，使所制备的吡啶膦基离子液体具有高的酸位点密度、催化活性和热稳定性，且易分离具有较好的重复使用性能，可以作为一种更绿色和更高效的生物柴油制备催化剂。
2、本专利技术提供的吡啶膦基离子液体催化剂的结构式如下：
3、
4、式中，-r1代表1,3-丙磺酸基、1,4-丁磺酸基、3,3,4,4-四氟-1,4-丁磺酸基中任意一种；r2-代表硫酸氢根、磷酸氢根、三氟甲烷磺酸根、甲烷磺酸根、对甲基苯磺酸根中任意一种，r33-代表磷钨酸根。
5、本专利技术吡啶膦基离子液体的制备方法包括下述步骤：
6、步骤1：将二苯基-2-吡啶膦与磺酸内酯加入有机溶剂中，在50～150℃下反应10～24h，所得混合物通过过滤和乙酸乙酯洗涤后，真空干燥，获得白色粉末状两性盐；其中，所述磺酸内酯为1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、3,3,4,4-四氟-1,4-丁磺酸内酯中任意一种。
7、步骤2：将白色粉末状两性盐与无机酸或有机酸溶于水中，在40～100℃下反应10～24h，所得产物通过旋转蒸发除去水后，用乙酸乙酯洗涤，真空干燥，获得吡啶膦基离子液体；其中，所述无机酸为硫酸、磷酸、磷钨酸中任意一种；所述有机酸为甲烷磺酸、三氟甲烷磺酸、对甲基苯磺酸中任意一种。
8、上述步骤1中，优选所述二苯基-2-吡啶膦与磺酸内酯摩尔比为1：2.0～6.0。
9、上述步骤1中，优选所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、1,4-二氧六环中任意一种。
10、上述步骤1中，进一步优选在80～120℃下反应10～24h。
11、上述步骤2中，优选所述白色粉末状两性盐与无机酸或有机酸的摩尔比为1：0.5～3。
12、上述步骤2中，进一步优选在40～80℃下反应10～20h。
13、本专利技术吡啶膦基离子液体作为酯交换法制备生物柴油的催化剂的应用。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
15、1、本专利技术提供的吡啶膦基离子液体制备方法简单、成本较低、对环境友好，可大规模制备。
16、2、本专利技术提供的吡啶膦基离子液体含有两个侧链磺酸基团(-so3h)，酸密度高。在应用于酯交换法制备生物柴油时，催化剂用量少，且催化活性高，生物柴油收率可达92.46％～98.60％之间。
17、3、本专利技术提供的吡啶膦基离子液体应用于生物柴油制备中，与反应体系形成“高温均相、低温两相”温控体系，实现了反应体系在高温条件下均相高效进行和低温下催化剂易分离的优势，且离子液体循环使用4次后，其催化活性未见明显降低。
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1.一种吡啶膦基离子液体，其特征在于，其结构式如I或II所示：
2.一种权利要求1所述的吡啶膦基离子液体的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
3.根据权利要求2所述的吡啶膦基离子液体的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述二苯基-2-吡啶膦与磺酸内酯摩尔比为1：2.0～6.0。
4.根据权利要求2所述的吡啶膦基离子液体的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、1,4-二氧六环中任意一种。
5.根据权利要求2所述的吡啶膦基离子液体的制备方法，其特征在于，步骤1中，在80～120℃下反应10～24h。
6.根据权利要求2所述的吡啶膦基离子液体的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述白色粉末状两性盐与无机酸或有机酸的摩尔比为1：0.5～3。
7.根据权利要求2所述的吡啶膦基离子液体的制备方法，其特征在于，步骤2中，在40～80℃下反应10～20h。
8.权利要求1所述的吡啶膦基离子液体作为酯交换法制备生物柴油的催化剂的用途。
【技术特征摘要】
1.一种吡啶膦基离子液体，其特征在于，其结构式如i或ii所示：
2.一种权利要求1所述的吡啶膦基离子液体的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
3.根据权利要求2所述的吡啶膦基离子液体的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述二苯基-2-吡啶膦与磺酸内酯摩尔比为1：2.0～6.0。
4.根据权利要求2所述的吡啶膦基离子液体的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、1,4-二氧六环中任意一种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴承明，胡晓颖，马泓坤，罗妍琳，蒋新月，周新，
申请(专利权)人：汉江师范学院，
类型：发明
国别省市：
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