离子液体在生物合成柴油中的应用
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第36卷第2期2019年3月精细石油化 r.SPECIALITY PETROCHEMICALS 14Br0nsted 酸性离子液体催化麻疯树油制备生物柴油杨子飞X曹阳⑺,李进-(1.海南大学材料与化工学院南海海洋资源利用国家重点实验室•海南海口 5702282.琼台师范学院.海南海口 571127)摘要:合成了 Bronstcd 酸性离子液体[HSO 3-pmin ] ** [HSO,],采用FT-IR 表征了结构.并用该离子液体作 为催化剂催化麻疯树油制备生物柴油。
研究了反应温度、醇油比、反应时间和催化剂用量对生物柴油转化率 和酸值两种因素的影响,分析酸值和转化率之间的关系。
实验结果表明:在反应温度70 °C.醇油比25 : 1.反 应时间3 h.催化剂用量油重3%条件下.转化率为90. 13%,所得生物柴油酸值(KOH )仅为0. 049 mg/g.GC-MS 测定生物柴油中脂肪酸甲酯的相对含量髙达100%。
离子液体稳定性较好.循环使用6次仍然保持较高催化活性。
收稿 0^:2018-09 - 13;修玫稿收到 E1 期:2019-02 -28。
作者简介:杨于飞(19-〉.硕士研究生.从事石池化工及生物质能源方面的研究。
E-mail : 1937563184@qq. com e基金项目:海南省重点项目(ZDYF2018134)资助。
* 通信联系人.E-mail :316800681 @qq. com o关键词:离子液体麻疯树油催化生物柴油中图分类号:TE667 文献标识码:A牛.物柴油含硫量低,不含对环境污染的芳香 烷密,燃烧排放的废气远低于石化燃料,可生物降解⑴门。
生物柴油是由动植物油脂与低碳醇通过酯交换或酯化反应制备,主要成分是长链脂肪酸 酯类物质⑷。
目前制备生物柴油的主要催化剂有均相酸碱、脂肪酶和固体酸碱。
均相酸碱催化法 中催化剂腐蚀性强且反应后不易与产物分离进行 回收,产生大量废水和废渣,不符合绿色化学的要 求⑺。
离子液体的合成及其在有机合成中的应用一、本文概述离子液体是一种特殊的液态盐,具有独特的物理化学性质,如高离子导电性、低蒸汽压、良好的热稳定性、宽的电化学窗口和可设计性等。
这些特性使得离子液体在有机合成中展现出广阔的应用前景。
本文旨在探讨离子液体的合成方法及其在有机合成领域中的应用。
我们将详细介绍离子液体的合成方法,包括通过酸碱中和反应、季铵化反应、离子交换反应等合成不同类型的离子液体。
我们还将讨论如何通过调控离子液体的阴阳离子组成和结构,优化其性能以满足不同应用需求。
我们将综述离子液体在有机合成中的应用。
离子液体可以作为溶剂、催化剂和反应介质,在多种有机合成反应中发挥重要作用。
例如,离子液体可以用于提高有机反应的速率和选择性,实现绿色合成和节能减排。
离子液体还可以用于合成具有特殊结构和功能的有机化合物,如手性分子、高分子材料和纳米材料等。
我们将对离子液体在有机合成中的优势和挑战进行总结,并展望其未来的发展方向。
离子液体作为一种新型绿色溶剂和催化剂,在有机合成中具有广阔的应用前景。
然而,离子液体的成本、稳定性和毒性等问题仍需解决。
因此,未来的研究将集中在开发新型离子液体、优化其合成方法和拓展其应用领域等方面。
通过本文的阐述,我们期望能够为读者提供一个关于离子液体合成及其在有机合成中应用的全面而深入的理解,为离子液体在相关领域的研究和应用提供有益的参考。
二、离子液体的合成离子液体,作为一种独特的溶剂和反应介质,近年来在化学领域引起了广泛的关注。
离子液体的合成是其在各种应用中使用的基础,涉及到了多种化学原理和合成技术。
离子液体的合成主要可以分为两类:一步合成法和两步合成法。
一步合成法是通过一步化学反应直接生成离子液体,这种方法通常适用于那些离子液体组分之间反应活性较高,且不易发生副反应的情况。
两步合成法则首先合成离子液体的阳离子或阴离子前驱体,然后再通过离子交换或酸碱中和等反应得到目标离子液体。
这种方法在合成复杂离子液体时更为常见。
固定化脂肪酶在离子液体中催化合成生物柴油随着全球能源环保意识的增强,越来越多的国家开始转向使用生物柴油。
生物柴油是一种由可再生能源产生的液态燃料,与传统石油柴油相比,具有更低的温室气体排放、更高的能源自给率和更优化的环境效益。
当前,生物柴油的生产主要依赖于生物质能热解技术,然而该技术存在反应条件严苛、产率低等问题。
因此,研究一种更加高效的生物柴油催化剂对于提高生物柴油的产率和降低生产成本至关重要。
在这方面,固定化脂肪酶在离子液体中催化合成生物柴油成为一种新兴研究领域。
固定化脂肪酶是将脂肪酶通过固定化工艺固定在载体上的一种催化剂,其具有高稳定性、高催化效率和易于回收利用等特点。
离子液体是一种离子化的液体,具有良好的热稳定性、化学惰性、可再生性和绿色环保性,可作为一种优秀的反应介质和溶剂,被广泛用于化学反应研究领域。
在固定化脂肪酶/离子液体中催化合成生物柴油的反应机制主要可以分为两步:首先是固定化脂肪酶对生物质基质进行酯化反应,即将脂肪酸与甘油酯化为三酸甘油酯;其次是将生成的三酸甘油酯进行醇解反应,即将甲醇与三酸甘油酯反应生成三甲基酯和甘油。
其中,固定化脂肪酶作为催化剂,能够提高反应速率和转化率。
离子液体作为反应介质和溶剂,能够调节反应条件,改善反应环境,提高催化效率和稳定性。
在这方面,许多学者对固定化脂肪酶/离子液体催化合成生物柴油的研究进行了广泛的探索和实践。
例如,Budarin等(2010)研究了在固定化脂肪酶/离子液体反应体系中催化合成生物柴油的反应机理和反应条件,发现离子液体具有良好的热稳定性和化学惰性,可以作为反应介质和溶剂,并且反应效率和稳定性较高,适用于生物柴油的大规模生产。
Erythropel等(2011)进一步研究了固定化脂肪酶/离子液体催化合成生物柴油的反应动力学和催化机理,发现该反应呈现出明显的一、二级反应特征,固定化脂肪酶与离子液体的协同作用能够提高反应的速率和效率,并且具有较高的稳定性和重复使用性。
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B酸离子液体催化剂在生物柴油制备中的应用
作者:李胜清刘俊超刘汉兰孙华陈浩吴谋成
来源:《湖北农业科学》2009年第02期
摘要:针对酸值较高的原料油在转化成生物柴油的过程中易使催化剂失活等问题,制备了Bronsted酸性离子液体1-己基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([C6NIm] HSO4),用于催化菜子油酯交换制备生物柴油。
结果表明,在醇油摩尔比n(醇):n(油)=15:1、催化剂用量为原料油质量的8%、反应温度为90℃、反应时间为18h的条件下,生物柴油产率可达94%以上。
B酸离子液体催化剂与产品易于分离,重复使用5次以后,仍然保持良好的催化活性。
关键词:B酸离子液体;酯交换反应;菜子油;生物柴油
中图分类号:T0517.2文献标识码:A文章编号:0439-8114(2009)02-0438-04。
碱性离子液体[Bmim]OH催化菜籽油制备生物柴油韩磊;包桂蓉;王华;李明;李一哲;李法社;李秀风【摘要】研究合成了具有碱性功能的离子液体[Bmim]OH,并用其催化菜籽油酯交换反应制备生物柴油,考察了醇油摩尔比、反应温度、反应时间和离子液体用量对酯交换反应的影响及离子液体的稳定性.结果表明:在n(甲醇)∶ n(菜籽油)=16∶ 1,反应温度150 ℃,反应时间4 h和离子液体用量为菜籽油质量6%的条件下,生物柴油收率可达96.2%,并且该离子液体的稳定性良好,循环使用5次催化性能没有明显降低.【期刊名称】《中国油脂》【年(卷),期】2010(035)008【总页数】4页(P47-50)【关键词】生物柴油;碱性离子液体;酯交换;菜籽油【作者】韩磊;包桂蓉;王华;李明;李一哲;李法社;李秀风【作者单位】昆明理工大学,化学工程学院,昆明,650224;昆明理工大学,冶金与能源工程学院,昆明,650093;昆明理工大学,冶金与能源工程学院,昆明,650093;昆明理工大学,冶金与能源工程学院,昆明,650093;昆明理工大学,冶金与能源工程学院,昆明,650093;昆明理工大学,冶金与能源工程学院,昆明,650093;昆明理工大学,冶金与能源工程学院,昆明,650093【正文语种】中文【中图分类】TQ645;TE667石油资源日益枯竭和生态环境日益恶化的双重问题大大推进了可再生、环境友好型替代能源的研究进程。
生物柴油具有原料来源广、燃烧性能好、对环境友好、可再生等优点,是最具发展潜力的石化柴油替代品。
它是以动植物油脂为原料,与甲醇通过酯交换反应生成的长链脂肪酸甲酯。
制备生物柴油的酯交换法主要有酸催化法、碱催化法、酶催化法、超临界法等[1-6]。
传统的强酸、强碱催化法,反应条件温和,反应速率快,但这些催化剂具有强腐蚀性,工艺流程长,后续处理复杂,还存在废水和废渣排放等环境污染问题。
酶法中甲醇易导致酶失活,且反应过程中生成的副产物甘油易附着在脂肪酶表面,阻碍反应的继续进行。
离子液体在农业中的应用作者:段琤烜陈浩汪杰秦帅来源:《新农业》2019年第12期离子液体是一种由阳离子和阴离子构成的熔融温度低于100℃的低熔点盐。
因具有热稳定性高、溶解性强、不易燃、不易挥发等特点,故离子液体被环境化学界称为“绿色溶剂”。
同时我们可以针对性的对离子液体的阴阳离子进行组合,来满足研究所需要的不同要求。
离子液体作为一种环保溶剂和新型绿色多功能材料,近年来已成为研究热点,得到各个领域广泛的研究和应用。
在农业领域,离子液体可溶解纤维素,能作为溶剂高效的辅助植物成分提取,为转化生物柴油提供稳定绿色的催化剂。
自1998年美国Huddleston等首次用[Bmim]BF4对苯及苯的衍生物进行萃取以来,离子液体表现出优于传统溶剂的分配性能和萃取能力,得到了国内外研究学者的广泛青睐。
1 离子液体对纤维素的溶解纤维素是一种可再生资源,来源广泛,大量分布于自然界,在植物界总的碳含量超过50%。
但纤维素本身结构较为复杂,同时分子量大且存有大量的氢键。
这些特点又决定了纤维素无法溶于水和常规的有机溶剂中,不能得到利用。
2002年,美国的Rogers教授等发现,纤维素通过微波加热后,快速溶解于[Bmim]Cl中。
并且他们得出,具有相同的阴离子时,离子液体的溶解性会随着其阳离子的咪唑环上烷基链的增长而减弱的结论。
农作物秸秆经过化学处理、机械法加工可生产的木质纤维素可代替糖类转化为生物能源。
在将木质纤维素转化为生物燃料的流程里,纤维素和半纤维素会有一部分在预处理时被降解,导致后续糖的浓度降低。
2010年,金显春利用[Amim]Cl对稻草粉进行预处理之后得出,最优的木质素提取方案是在固液比为350克/公斤,在90℃提取12小时,粒度40目的条件下进行的。
处理后酶解得糖率显著提高,说明离子液体提取稻草木质素可有效促进纤维素酶解,并且重复多次利用后木质素提取率几乎不变。
2 离子液体对植物成分的提取鹿藿是一种在我国分布很广的多年生草本植物,其根部的70%乙醇提取物具有很好的抗雄性生育活性和抑菌的作用,异黄酮是其中的一种有效活性成分。
2017年09月胆碱类离子液体的应用研究张博(沈阳师范大学,辽宁沈阳110034)殷丽萍(东北师范大学,吉林长春130024)刘森(沈阳师范大学,辽宁沈阳110034)摘要:本文主要将胆碱类离子液体作为研究对象,综合大量学者的研究成果,对胆碱类离子的合成以及应用问题进行了深入探讨及综合阐述,并对该类物质未来的发展应用方向进行展望。
关键词:胆碱类离子液体;催化;药物;生物柴油1胆碱类离子液体在化学领域的应用张盈盈等学者指出,可将胆碱类低共融溶剂,应用到CO 2捕集与分离中,提高捕集以及分离效率。
胆碱类低共融溶剂,属于离子液体的一种。
与其他离子液体相比,具有制备成本低的优势,且可降解,可对环境起到保护作用。
该学者以该溶剂作为样本,将其应用到了二氧化碳的捕集以及分离过程中,对其应用效果进行了观察。
得出结论如下:(1)气体溶解度:胆碱类低共融溶剂,可起到提高二氧化碳溶解度的功效。
二氧化碳溶解度的影响因素较多,其中胆碱盐以及氢链等因素,都属于其溶解度的重要影响因素。
在纯低共融溶剂中,聚二乙醇对二氧化碳的溶解能力最强,其次为尿素、甘油以及乳酸等物质。
在胆碱类低共融溶剂中,氯化胆碱对二氧化碳的溶解能力最强。
(2)二氧化碳的吸收以及解吸:胆碱类低共融溶剂,对二氧化碳的吸收以及解吸过程,均能够起到一定的促进作用。
从二氧化碳吸收的原理方面看,将氯化胆碱与尿素,以1:2的比例合成,吸收原理以物理吸收为主。
将胆碱脯氨酸与聚乙二醇200相结合,吸收原理则以化学吸收为主。
(3)密度:胆碱类低共融溶剂的密度,受氯化胆碱摩尔比以及温度等影响较大。
氯化胆碱与尿素以1:2的比例合成,溶液密度可达到最高。
氯化胆碱与乳酸以1:2的比例合成,溶液密度次之。
2胆碱类离子液体在生物能源领域的应用胡彩玲指出,可将胆碱类离子液体应用到柴油的催化制备过程中,寻找一种可再生的能源,使之成为柴油的主要来源,解决石油开采所带来的能源储量减少的问题。
该学着指出,生物柴油即以动物的油脂作为主要物质而制成的一种柴油,制备过程中,应将动物油脂与甲醇结合,使两者相互反应,得到脂肪酸单质类物质,应用相应催化剂进行催化,最终制备成为柴油。
离子液体及在有机化学中的应用摘要离子液体是一类极具应用前景的绿色溶剂,具有优良的稳定性、低挥发性、可设计性等优点。
离子液体作为溶剂,可以为化学反应提供不同于传统有机溶剂的优良环境。
本文主要介绍了离子液体及其发展概况,归纳了离子液体作为溶剂的优越性质 ,概述了离子液体在有机合成的应用,说明离子液体的独特性能对推进绿色化学化工的重要意义。
关键词离子液体;应用;绿色化学1 前言随着科技发展和环保意识的增强,清洁、低耗、高效的化学化工反应是发展的必然趋势。
由于绝大多数化学反应需要在溶剂中进行,而有机溶剂的用量大、挥发性强是造成化学化工污染的主要原因之一。
寻找对环境友好、有利于反应控制的介质和溶剂是目前化学化工需要解决的迫切问题之一。
室温离子液体适应这种需要,正在快速之后的“新一代绿色溶剂”。
发展,被认为是继超临界CO2离子液体结合了均相催化剂和异相催化剂的各种优异性能,是绿色化学中最具前景的反应介质和理想的催化体系[1-2]。
离子液体在有机化学反应中的应用极其广泛,并显示出反应速率快、转化率高、选择性高、催化体系可重复使用等优点。
离子液体具有良好的溶解性能,能溶解无机物、金属有机物和高分子聚合物。
它还具有不挥发性、不易燃、易爆性和较好的热稳定性等优点[3-4]。
另外,根据反应和后处理需要,设计调整离子液体阴阳离子结构(种类)使反应在均相进行,后处理分层非均相操作。
离子液体还可以改变反应机理,诱导出现新的催化活性,提高反应的转化率和选择性[5-7]。
离子液体在化学中的应用日新月异,涌现出了大量的研究成果。
近年来离子液体作为反应介质、催化剂或促进剂在有机合成、电化学、催化和萃取分离中得到了广泛的应用。
2 离子液体2.1离子液体的概念离子液体 ,又称室温离子液体或室温熔融盐 ,即在室温或近于室温情况下由有机阳离子和无机阴离子组成的熔融盐体系[8]。
早在1914年W alden就发现了第一个离子液体硝酸乙基胺([EtNH3 ][NO3]。
低共熔离子液体在生物催化反应中的应用摘要:进年来,离子液作为一种新型非水相催化溶剂,与传统的有机溶剂相比具有明显的优势,离子液在生物催化中的应用成为一项热门的研究领域。
本文介绍了离子液的概念、类型、性质,综述了离子液体对微生物全细胞催化及酶催化能力的影响。
关键字:离子液;生物催化;非水相溶剂The Application of Biocatalysis in Eutectic IonicLiquidsAbstract: In recent years, ionic liquid as a new type of non aqueous phase catalytic solvent, the ionic liquid has obvious advantages for biocatalysis compared with the traditional organic solvent . the application of biocatalysis in Ionic liquid has become a hot area of research. This paper introduces the concept, types and properties of ionic liquid, and the influence of Ionic liquids for microbial whole-cell catalysis and enzyme catalytic ability were reviewed in this paper.Key words: Ionic liquid; Biocatalysis; non aqueous phase catalytic solvent1. 离子液体的概念、性质、类型离子液体作为一种环境友好材料是目前绿色化学研究领域的热点内容之一,已经广泛应用于电化、有机合成、生物催化、分离工程、材料制备等领域,大量工业化应用的实例已经展示出其良好的研究开发前景[1]。
摘要磷酸酯类离子液体用于汽柴油萃取脱硫的研究摘要商业燃油中的含硫化合物对油品质量有很大的影响,在燃烧过程中会排放出有害物质SOx,不仅影响发动机的工况,而且会严重污染环境。
目前,催化加氢脱硫(HDS)技术仍是传统工业生产中的主要脱硫方法,但该技术对噻吩类含硫化合物如噻吩、苯并噻吩和二苯并噻吩等的脱除能力十分有限,应用进入瓶颈。
近年来,包括溶剂萃取脱硫(EDS)技术在内的许多新型脱硫方法不断涌现,尤其是EDS 技术由于发现新的萃取剂,在高效和高选择性地脱除油品中的噻吩类有机硫方面取得突破。
离子液体因其特有的物理化学性质和环境友好等优点,逐渐成为新型的脱硫萃取剂。
本研究主要考察了1-甲基吡啶磷酸二甲酯盐([MPy][DMP])、1-乙基吡啶磷酸二乙酯盐([EPy][DEP])、1-甲基三乙胺磷酸二甲酯盐([MTEA][DMP])和四乙胺磷酸二乙酯盐([ETEA][DEP])对模型油试样中含硫化合物苯并噻吩和二苯并噻吩的脱除效果。
用正己烷和苯并噻吩、二苯并噻吩分别配制不同的模型油试样,通过萃取脱硫实验发现:这4种磷酸酯类离子液体对二苯并噻吩的脱硫能力强弱顺序为:[ETEA][DEP] > [MTEA][DMP] >> [EPy][DEP] > [MPy][DMP];对苯并噻吩,[MTEA][DMP] > [ETEA][DEP] >> [EPy][DEP] > [MPy][DMP],且[MPy][DMP]、[EPy][DEP]和北京化工大学硕士学位论文[ETEA][DEP]三种离子液体对二苯并噻吩的脱除效果优于对苯并噻吩的脱除效果,[MTEA][DMP]则相反,这与一些其它磷酸酯类离子液体(如咪唑类磷酸酯盐)的烷基链越长对油样溶解度越大的脱硫规律不相符。
离子液体的循环再生也是一个关键。
研究发现,水析再生对于脱硫后的磷酸酯类离子液体是一种十分有效的回收再生方法,当水含量最高达到60%时,硫在离子液体水溶液和模型油中的分配系数几乎达到0,说明在该含水量下,含硫化合物足以被彻底从离子液体相转移到油相中。
离子液体在生物柴油合成中的应用研究进展杨建军;马晓迅;关卫省【期刊名称】《化工进展》【年(卷),期】2013(32)8【摘要】An ionic liquid is attractive by its low or negligible vapor pressure,catalytic ability,and strong dissolving power. The application prospect of ionic liquids in biodiesel synthesis is increasingly interested in recent years. Particular attention has been paid to the roles of ionic liquids in biodiesel synthesis,the capability of ionic liquids as solvents,the ability of ionic liquids as catalysts for producing biodiesel and the recyclability of ionic liquids. Interdisciplinary research shall be supported in the field of non-aqueous phase enzymatic reaction and ionic liquids medium engineering for the mass transfer problem of enzymatic process in ILs reaction systems and recycling of the ionic liquid.% 离子液体具有较强的催化能力、较强的溶解能力、较低的蒸气压等特性,其在生物柴油合成中的应用近年来受到人们的持续关注。
辽宁大学学报 自然科学版第37卷 第2期 2010年JOURNAL O F L I AON I N G UN I V ERS ITY N atural Sciences Edition Vol .37 No .2 2010离子液体SM IA 催化大豆油制备生物柴油组分的研究谷学军3,赵 飞,王宝鑫,王 晗(辽宁大学稀散元素化学研究所,辽宁沈阳110036)摘 要:合成一种离子液体S M I A ,用1HNMR 和DS C 对其进行了表征,以其作为催化剂,研究其对豆油中亚油酸和棕榈酸的酯交换反应的催化性能.主要以大豆油和甲醇作为反应物,以酯交换反应制备脂肪酸甲酯,分别考察了催化剂用量,醇用量,反应时间,大豆油的预热时间,反应转速,温度等因素对脂肪酸甲酯产率的影响.选用十一酸甲酯为内标物,利用气相色谱分析,计算反应的转化率.通过气质联用(GC -MS )确定产物的主要成分为棕榈酸甲酯和亚油酸甲酯.关键词:离子液体;催化;生物柴油中图分类号:O643.36 文献标识码:A 文章编号:100025846(2010)022******* 3作者简介:谷学军(1969-),辽宁沈阳人,讲师,从事环境工程研究.E mail:gujunj p@yahoo 基金项目:国家自然科学基金20671047;辽宁省教育厅重点实验室项目2008S103;2009S041收稿日期:2010-02-10 面对石油储量的不断减少,能源需求的不断增长以及石化燃料引起的环境污染等问题,开发对环境无害的,非石油类的可再生能源是未来能源发展的主体思路.生物质能,太阳能和其他可再生能源将替代石油和煤炭,逐渐成为世界能源的主角.生物柴油具有可再生性,环保性和可替代现有石化柴油的特点,引起了许多国家的高度重视,成为受欢迎的石化柴油替代品,它是生物质能研究的热门课题,是当今可替代能源研究的前沿与方向,开发出为国内外所公认的具有知识产权的创新性生物柴油产品,对推动我国石油产品的替代品具有重要的战略意义.离子液体,作为一种新兴的绿色溶剂,在各类催化反应体系中表现出了良好的催化效果,现阶段已成为化学各领域研究的热点.本文合成了一种离子液体S M I A (1-庚基-3-甲基咪唑丙氨酸盐),以其作为催化剂,以大豆油和甲醇作为反应物,以酯交换反应制备生物柴油组分,分别考察了催化剂用量,醇用量,反应时间,大豆油的预热时间,反应转速,温度等因素对大豆油转化成生物柴油组分产率的影响.1实验部分1.1试剂无水甲醇、正己烷、乙腈、乙酸乙酯、溴代正庚烷均为分析纯,上海国药集团试剂公司;亚油酸甲酯,十一酸甲酯,棕榈酸甲酯为色谱纯,A lfa Aesar 试剂公司;N -甲基咪唑购自浙江双港化工厂产品,纯度99%,使用前氮气保护减压蒸馏.大豆油为市售富虹大豆油.1.2实验方法1.2.1离子液体的合成[1,2]在500mL 的标准回流装置中加入摩尔比1比1的溴庚烷和N -甲基咪唑,加热进行温和回流.采用硅油油浴加热,加热温度在35~40℃,1h 后,溶液浑浊,再设定回流温度70℃,连续回流48h .然后密闭以隔绝空气,并放入装有五氧化二磷干燥剂的保干器中冷却,得到浅棕色结晶.向烧瓶中加入乙腈/乙酸乙酯(1∶2),在65~70℃下回流1h,使结晶完全溶解,重结晶.真空干燥2d,放于保干器中备用.将稀释后的浅棕色晶体水溶液加入到已处理好的羟基型阴离子交换树脂柱进行交换,批次收集流出的溶液,在323.15K 旋转蒸发除去大部分水,用已知浓度的盐酸进行滴定.将已知浓度的该碱溶液加入到摩尔比稍过量的丙氨酸水溶液中,搅拌24h .过量的水旋转蒸发除去,80℃真空干燥48h,冷却至室温后取出.加入无水甲醇(90mL )/乙腈(10mL ),以P ARAF I L M 密封剧烈搅拌12h 使未反应的氨基酸析出.过滤后,甲醇/乙腈旋转蒸发除去,得到离子液体S M I A 真空干燥2d,温度为80℃.反应方程式如下:图1离子液体的合成路线图(R =C 7H 15)1.2.2离子液体的表征首先测试了核磁氢谱,1HNMR 谱图数据见表1,没有发现杂质的共振峰.表1离子液体S M I A 的化学位移δH (300MHz,DMSO )Chem ical shift Hydr ogen numberRadical 0.842~0.887(d )3CH 31.008(d )3—CH 2—1.031~1.258(s )8(—CH 2—)41.762~1.808(m )2—CH 2-2.838~2.856(s )1CH 3.876(s )3CH 34.155~4.202(m )2—CH 2—7.743~7.754(d )1C (4)H 7.810~7.821(d )1C (5)H 9.606(s )1C (2)H 差式扫描量热(DSC )数据是在温度区间-100~150℃获得的,其谱图见图2,先保持样品在-100℃平衡5m in,而后以10℃/m in 的速率升温至150℃.DSC 数据显示,丙氨酸离子液体没有熔点,但是在-70.9℃有一处明显的玻璃化转变温度(T g ).1.2.3 酯交换反应分别取5mL 大豆油于反应容器中,预热一定时间,加入一定量溶有离子液体的甲醇溶液,在强烈搅拌下反应一定时间,取出转移到60mL 的分液漏斗中,室温下静置,液相分为两层,转移下层物质至分液漏斗中,加入等体积的温水进行洗涤,经水洗后,溶液分为两层,取得上层产物并量得产物体积,取样品0.2mL 放入定量容器中,加入内图2离子液体S M I A 的DSC 曲线标物20μL,用正己烷定容到1mL.混合均匀准备样品进气相色谱.将离子液体催化反应产物做质谱分析以确定其成分,根据质谱判断离子液体催化制备生物柴油的产物为棕榈酸甲酯,亚油酸甲酯,如图3,图4.可以看出,以该离子液体催化制备生物柴油,产物有很高的选择性.2.2.4分析方法用SP -2100气相色谱进行分析.HJSE5430m ×0.32mm 毛细管柱,进样口温度300℃,分流比60,压力:68947.6Pa,氢火焰检测器(F I D ),温度300℃,尾吹流速28mL /m in,H 2流速30mL /m in,空气流速300mL /m in,柱箱初始温度50℃,保持0.5m in,以20℃/m in 升温至130℃,保持13m in,以10℃/m in 升温至240℃,保持10m in .进样量:1μL,载气:高纯氮(99.999%).分别取不同体积的棕榈酸甲酯、油酸甲酯的标准溶液,并分别加入0.02mL 的内标物十一酸甲酯定溶制1mL.用气相色谱测得的标准曲线,如图5,图6.在测得各正交实验点数据后,从标准工作曲线上查得的各脂肪酸甲酯浓度,经计算即可得到豆油中各脂肪酸的转化率.2 结果与讨论以离子液体S M I A 催化大豆油制备生物柴油组分,在温和的条件下考察了甲醇用量,催化剂用量,温度,转数,预热时间,反应时间六种因素并设计正交试验进行优化,因素水平表见表2,正交试验结果见表3. 从表中数据我们可以得到影响反应的因素从大到小分别是温度>甲醇量>转数>反应时间>731 第2期 谷学军,等:离子液体S M I A 催化大豆油制备生物柴油组分的研究催化剂用量>预热时间.卢永志等[3]通过一种衍生的气相色谱法分析的各种食用油,其成分见表4. 可见,在大豆油中,棕榈酸和亚油酸的含量为63%左右,是大豆油的主要构成成分,本实验采用离子液体为催化剂催化酯交换反应,具有很高的选择性,只生成棕榈酸甲酯和亚油酸甲酯,重复实验多次,结果稳定.因此,以气相色谱得到的两种脂肪酸甲酯的含量为依据,计算得到了大豆油中这两种脂肪酸甲酯的收率,列入表2中.但是,理论上该实验体系应该能够催化多种脂肪酸的酯交换并获得更高的产率,该问题有待进一步研究.图3 棕榈酸甲酯的质谱图图4 油酸甲酯的质谱图831辽宁大学学报 自然科学版 2010年 图5 棕榈酸甲酯的内标标准曲线(R =0.998;s =0.786)图6 亚油酸甲酯的内标标准曲线(R =0.999;s =2.49) 综上,在常温常压下,以S M /A 为催化剂制备生物柴油,在醇油体积比1∶1,离子液体用量为0.4mL,温度50℃,搅拌速度100r/m in,反应1.5h 产生棕榈酸甲酯和亚油酸甲酯的最大收率41.27%.该体系在高温或高压下应能进一步提高收率.3结 论离子液体被称为21世纪环境友好溶剂,作为一种新型的反应介质和功能材料受到产业界和学术界的高度重视,目前已成为多学科交叉的、最活跃的前沿研究领域之一,代表着绿色化学发展的一个重要方向.本文合成了一种绿色氨基酸离子液体S M I A ,并对其进行了表征.以其为催化剂,在常温常压下,催化脂肪酸的酯交换反应体系,该体系对于棕榈酸和亚油酸具有很高的选择性,这对于该体系今后的应用提供了新的思维.表2离子液体S M I A 催化反应的正交试验因素水平表L25(56)甲醇量/mL 催化剂/mL 温度/℃转数/r/m in 预热时间/m in 反应时间/m in 40.12010003050.230200306060.340300609070.4504009012080.560500120150表3 离子液体S M I A 催化反应的正交试验方案及结果分析甲醇量/mL催化剂/mL温度/℃转数/r/m in预热时间/m in反应时间/m in脂肪酸甲酯收率%试验140.1201000300.95试验240.2302003060 1.59试验340.3403006090 3.17试验440.45040090120 3.17试验540.56050012015023.81试验650.130******** 1.11试验750.24040012030 1.27试验850.35050006031.75试验950.460100309041.27试验1050.52020060120 3.17试验1160.14050030120 6.35试验1260.25010060150 4.13试验1360.3602009030 4.29试验1460.42030012060 3.49试验1560.530400090 4.44试验1670.150******** 4.13试验1770.2603000120 4.29试验1870.320400301504.29931 第2期 谷学军,等:离子液体S M I A 催化大豆油制备生物柴油组分的研究甲醇量/mL催化剂/mL温度/℃转数/r/m in预热时间/m in反应时间/m in脂肪酸甲酯收率%试验1970.4305006030 3.02试验2070.5401009060 6.35试验2180.1604006060 4.76试验2280.2205009090 3.17试验2380.330100120120 1.59试验2480.4402000150 3.49试验2580.5503003030 3.17 K120.6010.909.5034.2028.308.00K249.509.107.4010.5035.7030.20K314.3028.4013.009.6011.5035.40K413.9034.3029.2011.3011.4011.7K510.2025.8049.4042.9021.6023.20k1 4.12 2.18 1.90 6.84 5.66 1.60k29.90 1.82 1.48 2.107.14 6.04k3 2.86 5.68 2.60 1.92 2.307.08k4 2.78 6.86 5.84 2.26 2.28 2.34k5 2.04 5.169.888.58 4.32 4.64极差7.86 5.048.40 6.66 4.86 5.48表4 种食用油成分(%)油样棕榈酸硬脂酸油酸亚油酸亚麻酸其它色拉油11.12 5.8925.2446.92 4.30 5.33豆油10.90 5.0022.2752.38 6.96 2.49菜油 6.597.2536.1923.869.8316.08麻油11.34 3.8029.9448.74 2.69 3.61回收油16.147.5535.1932.04 3.42 5.66参考文献:[1] K.Fuku mot o and H.i Ohno,Design and synthesis ofhydr ophobic and chiral ani ons fr om a m ino acidsas p re2curs or f or functi onal i onic liquids[J]2mun.,2006:3081∃3083[2] Da-W ei Fang,W ei Guan,J ing Tong,Zhen-W eiW ang,J ia-Zhen Yang,Study on physico-che m icalp r operties of i onic liquids based on alanine[C n m i m][A la](n=2,3,4,5,6),[J].Phys.Che m. B.,2008,(112):7499∃7505[3] 卢永志,王志嘉.气相色谱法分析食用油中脂肪酸含量的一种改进的衍生化方法[J].分析化学研究简报,1998,(26):10[4] 张磊,于世涛,刘福胜,解从霞.离子液体催化大豆油制备生物柴油[J].工业催化,2007,(7):34-37Ca t a lysis of I on i c L i qu i d S M I A i n Syn thesis of B i od i esel fro m Soybean O ilG U Xue2jun,ZHAO Fei,WANG Ba2xin,WANG Han(Institute of R are and S ca ttered E le m ents,L iaoning U niversity,Shenyang110036,Ch ina)Ab s tra c t: I n this paper,i onic liquid S M I A was synthesized and was characterized by1HNMR and DSC.I n the ester-exchange reacti on with fatty acid,s oya bean oil was taken as ra w material and methanol as a re2 actant,the a mount of catalyst,alcohol consu mp ti on,reacti on ti m e,s oya bean oil p reheating ti m e,reacti on s peed,te mperature and other fact ors of the reacti on were investigated.U sing GC deter m inati on,the conver2 si on rate of reacti on were calculated by the internal standard method.The main ingredients of the p r oduct were identified by GC-MS as pal m methyl ester and linoleic acid methyl ester,which showed high selectivity in pal m itic acid and linoleic acid.Ke y wo rd s: I onic liquid;Catalysis;B i odiesel(责任编辑 李 超) 041辽宁大学学报 自然科学版 2010年 。
2017年08月离子液体在有机合成中的应用分析李红艳李锦洲郑秀君(哈尔滨石油学院,黑龙江哈尔滨150028)摘要:离子液体的主要成分就是阴阳离子,一般情况下载常温下是一种液体,通常显示盐性液体,离子液体在有机合成有广泛的应用,比如氧化反应等。
在化工生产过程中有着广泛的应用,在一定程度离子液体在有机合成过程中起到重要作用。
本论文主要从离子液体的概述、离子液体在有机合成中的应用、离子液体在有机合成中的发展方向阐述了离子液体在有机合成中的应用分析,希望能为研究离子液体有机合成的专家与学者提供理论参考依据。
关键词:离子液体;有机合成;应用分析化工企业在我国经济快速发展的过程中起到重要作用,化工企业是我国企业的重要组成部分,离子液体在化工企业发展过程中提供了技术支持,促进了化学反应。
离子在有机合成中有广泛的应用,为化工企业的发展起到促进作用。
1离子液体的概述离子液体自从科学家发现到现在已经有100多年了历史,离子液体经过这些年的研究,其主要成分就是阴阳离子,也包含有机阴离子,有机阳离子。
最近几年离子液体研究已经进入一个新阶段,并且在有机合成中有着广泛应用,并且在应用过程中,取得一定的成绩,在一定程度上促进了我国化工企业的发展。
2离子液体在有机合成中的应用2.1氧化反应氧化反应是离子液体在有机合成中常见的应用,氧化反应需要氧化剂在氧气的作用下进行完成,溶剂在使用的过程中,其比例等应用的不合理,有可能会阐述爆炸现象,我们一定要避免爆炸现象的发生,合理的进行液体离子的使用。
有机合成需要有催化剂的作用下,才能迅速进行有机合成,在氧气作为氧化剂的过程中,离子液体主要起到芳烃的氧化、烷烃催化氧化等作用,离子液体在氧化反应的实际应用过程中,加速了有机合成的进程。
2.2还原反应还原反应也是离子液体在有机合成中经常发生的,有些有机化学反应需要有还原剂才能进行,离子液体充当了还原剂的效果,在有机合成的有效的过程中,需要离子液体进行还原作用,促使起溶液的扩散速度加快,离子液体加快催化作用,进一步加强其应用的过程,其有效的进行还原,起到离子液体在有机合成中的应用。
检索课题:离子液体提取生物柴油随着全球能源需求的不断增长和对环境保护意识的提高,生物柴油作为一种可再生清洁能源受到了越来越多的关注。
由于其来源广泛、生产成本低、燃烧产生的尾气排放少等优点,生物柴油被认为是未来替代传统石油燃料的重要选择。
然而,生物柴油的生产过程中对原料的提取和纯化是一个关键的环节,而离子液体作为一种新型的溶剂,在提取和分离领域显示出了极大的潜力。
本文将就离子液体在生物柴油提取过程中的应用进行深入探讨。
1. 离子液体的基本概念离子液体是一种独特的离子型液体,在常温下呈液态,由正负电荷平衡的离子所组成。
不同于传统溶剂,离子液体具有很强的溶解能力和较宽的溶解度范围,因此在生物柴油的提取过程中具有很大的潜力。
2. 离子液体在生物柴油提取中的应用目前,离子液体在生物柴油的提取过程中主要应用于两个方面:生物质的溶解和生物质组分的分离。
2.1 生物质的溶解离子液体具有优越的溶解性能,可以很好地溶解生物质原料,包括植物油、动物油、微藻油等。
在生物柴油的生产过程中,离子液体可以替代传统的溶剂,降低生产成本,提高生产效率。
2.2 生物质组分的分离生物柴油生产过程中需要从生物质原料中提取油脂等组分,而离子液体可以通过调控其物理化学性质,实现对生物质组分的高效分离和纯化。
这在生物柴油的生产过程中具有重要意义。
3. 离子液体提取生物柴油的优势与传统的有机溶剂相比,离子液体在提取生物柴油过程中具有明显的优势:3.1 环保性离子液体具有较高的热稳定性和化学稳定性,可以在较宽的温度范围内使用,并且在提取过程中不会产生挥发性有机物污染环境。
3.2 高效性离子液体具有优越的溶解性和选择性,能够高效地提取目标物质并实现组分的分离。
3.3 可再生性离子液体可以设计合成,符合可再生能源的理念,对环境友好。
4. 离子液体提取生物柴油的挑战与展望尽管离子液体在生物柴油提取中具有诸多优势,但也面临着一些挑战:4.1 成本离子液体的生产成本较高,目前商业化应用受到一定的限制。
离子液体在化学合成中的应用研究离子液体是一种相对较新的化合物,在许多领域中已经证明了它具有广泛的应用前景,特别是在绿色化学领域中的化学合成。
离子液体是一种无机降解,具有优越的溶解性和反应性,因此是大多数化学反应的理想媒体。
本文将探讨离子液体在化学合成中的应用研究。
离子液体的定义和特性离子液体(Ionic Liquid,IL)是指在室温下是液态且仅由阳离子和阴离子组成的一种有机物。
特殊的离子液体可以在低温下形成晶体,但它们仍然是液态的。
这种化合物的一个主要优点是,它具有极低的蒸汽压力和高的电导率。
离子液体可以与多种化合物发生相互作用,包括有机和无机物质。
离子液体的应用离子液体在化学合成中有很多应用,可以用来代替传统有机溶剂和反应媒体。
离子液体是非挥发性的,因此可以在封闭容器中进行反应,从而避免了挥发性溶剂的损失。
离子液体的熔点通常很低,通常在室温下就已经液态,因此可以作为良好的反应媒体,广泛应用于化学合成中。
离子液体在合成化学中的应用离子液体已经用于各种反应类型,包括加成反应、芳基化反应、烷基化反应、烯烃加氢反应、氨甲基化反应、醇酸酯化反应等。
离子液体的应用可以带来高产率、选择性以及短反应时间等优点。
这是因为离子液体可以通过分子解离、配合物形成和催化反应等机制来促进化学反应的进行。
离子液体在有机合成中的应用在有机合成过程中,离子液体也可以作为良好的反应媒介。
利用离子液体可以对反应过程进行有效地控制,达到绿色化学的要求。
以柠檬酸亚酰胺合成为例,与传统的氯化亚铁的方法相比,在离子液体的存在下,反应速度更快,产率更高。
离子液体在无机化学中的应用离子液体还可以应用于无机合成领域。
离子液体可以作为前驱体用于制备金属氧化物纳米材料,例如 Cu 2 O。
此外,离子液体还可以作为催化剂载体,例如在氢化反应中,离子液体可以与催化剂配合,形成高效催化剂,提高反应产率。
离子液体的应用前景离子液体的应用前景非常广泛,已经在石油化工、制药、电化学、材料化学、水处理和医药化学等方面得到了广泛应用。
22/离子液体是由离子组成的一种液体,由于构成离子、离子状态环境不同等,离子液体可以分成很多种,但是都可以统称为离子液体,在石油化工中,离子液体通常都是作为一种催化剂或者有机溶剂进行使用。
1 石油化工中离子液体的催化作用分析目前离子液体在石油化工中,作为催化剂使用主要有三个方面,首先就是烷基化反应,在传统的石油化工中,对于烷基化反应的通常都使用硫酸等易挥发的催化剂,而且具有很强的腐蚀性,这样在反应的过程中,不但会对相关的设备造成腐蚀,易挥发的特性也容易导致催化后的产物被带到空气中,在催化反应的过程中,催化剂对于催化的环境很严格,在大批量进行生产时,很难达到催化反应所需的环境,催化的效果很不理想,在进行催化作用后,由于废弃的反应试剂具有腐蚀性和挥发性,很难对其进行处理。
而离子液体作为一种绿色有机溶剂,不需要考虑设备的腐蚀和废弃催化剂的处理,在催化反应完成后,可以通过对催化后的离子液体进行简单的处理,再次的投入使用,离子液体对催化环境的要求也很低,容易进行大批量的生产的。
石油化工中离子液体作为催化剂的作用还有加氢的反应,由于实际的石油化工中,经常会有不饱和的脂肪烃等出现,这些物质的存在,严重的影响了石油的质量,如果不经过处理直接使用,将会产生很多污染的气体,因此,在石油化工中,必须对这些物质进行分离和加氢等措施,而传统的硫酸等催化剂,由于其使用过程中的诸多缺点,已经无法适应目前石油化工的发展,必须采用一些绿色有机溶剂对传统的进行替代,离子液体就是一个很好的替代品,在加氢的反应中,如果使用离子液体作为催化剂,不但能够在很大程度提高加氢反应的效率,反应之后的产品也很容易进行分离,既保证了反应过程的绿色无污染,又提高了反应的效率,反应的过程不需要一个苛刻的环境,也容易进行工业化的生产。
离子液体作为催化剂在石油化工中还可以进行氧化反应,在目前的石油化工中,氧化反应是实际生产中主要的反应之一,因为石油的烃类产物基本都是通过氧化反应得到了,经过氧化后可以从石油中提炼出很多副产物,目前使用传统的催化剂进行反应后,由于得到的产物不是一种,而且催化反应的效率较低,很难将得到的产物进行分离,如果采用离子液体作为催化剂进行反应,就可以很好的提高催化反应的转化率,同时也便于催化后的产物分离,可以很好的解决传统催化反应中存在的问题。
2009年第29卷有机化学V ol. 29, 2009第1期, 128~134 Chinese Journal of Organic Chemistry No.1, 128~134pxylcj@*E-mail:Received April 1, 2008; revised June 8, 2008; accepted August 27, 2008.国家自然科学基金(No. 20662009)、教育部“春晖计划”(No. Z2004-2-65041)和新疆维吾尔自治区高技术研究发展计划(No. 200414112)资助项目.No. 1陈喜清等:离子液体在生物柴油合成中的应用进展129氧化钾[12]、碳酸钠和碳酸钾[13]等.无机碱催化法具有成本相对低廉、生产周期短等优点, 但缺点是原料中脂肪酸和水的含量必须较低, 否则会发生皂化, 对后续工艺造成很大影响. 当然也可以首先在酸性条件预酯化, 然后在碱催化剂条件下进行酯交换, 但这样工艺烦琐. 1.2 强酸催化强酸催化法一般使用Brønsted 酸进行催化, 较常用的催化剂有浓硫酸[14,15]、苯磺酸[16]和磷酸[17]等.虽然强酸催化法对原料的要求比较低, 但存在反应时间长(一般1~8 h)、反应温度高(200~300 ℃)、产率低(一般60.0%~90.0%)、醇用量大(因为反应可逆, 醇油比为30∶1[18]或40∶1[19])、能耗较大、设备腐蚀严重等缺点. 1.3 杂催化剂新型非均相固体碱催化正成为制备生物柴油的一个研究热点. Watkins 等[2]用LiNO 3和CaO 制备的Li-CaO 催化剂对三丁基甘油酯的甲醇化做了研究. 合成生物柴油的固体碱催化剂还有KF/CaO [20], CaO 和MgO [21], MgO-A12O 3[22]等.此外Lewis 酸也被应用于生物柴油的合成. Serio 等[23]对Ca, Ba, Mg, Cd, Mn, Pb, Zn, Co, Ni 的硬脂酸盐和醋酸盐催化合成生物柴油做了研究, 得出活性并不是按照Sn 2+>>Zn 2+>Pb 2+≌Hg 2+的规律进行的[24]. 但Lewis 酸等酸性杂催化剂存在活性偏低、反应速率较慢的缺点.杂催化剂的引入虽解决了分离的问题, 但有些催化剂如分子筛[25]和固体碱的制备成本比较高. 此外, 催化剂易中毒, 需解决其寿命问题. 1.4 有机碱催化Schuchardt 等[26]对一系列胍类有机碱催化菜籽油合成生物柴油进行了研究. 结果表明, 1,5,7-三氮杂二环[4,4,0]-5-癸-烯(TBD)用量为1%(物质的量分数)时催化活性最高. 此后, 他们课题组在进一步研究中, 将TBD 负载到聚乙烯(PE)[27]和MCM-41[28]分子筛上, 解决了催化剂回收的问题.含氮类的有机碱作为催化剂具有不易产生皂化物和乳状液的优点, 但要求原料中的脂肪酸和水含量较低, 否则催化剂的活性会在使用过程中不断降低.1.5 酶催化里伟等[29]发现脂肪酶可以有效转化圆红冬孢酵母油脂制备生物柴油. Soumanou 等[30]研究了溶剂对酶催化葵花籽油制备生物柴油的影响, 得出在无溶剂条件下, Pseudomonas 酶催化效果最好.酶催化具有条件温和、选择性高、适用性广、产品易于收集、收率较高和无污染等优点. 但它最大不足是生物酶的价格昂贵、反应中的甲醇和杂质很容易使酶中毒、反应速率慢. 这些不足在一定程度上影响了酶催化法的推广应用. 1.6 超临界法强酸强碱催化合成生物柴油由于后续工艺复杂, 因此在欧洲将超临界法应用于生物柴油的生产, 简化了后处理工艺[31]. Demirbas [32]在无催化剂的条件下, 利用超临界甲醇法合成生物柴油, 反应在5 min 之内就可以完成, 后续分离工艺简单, 不污染环境. 但是该反应条件非常苛刻, 需在温度350~400 ℃、压力10~25 MPa 的条件下进行, 从而增加了设备和维护的费用, 相对增加了生产成本, 同样不利于生物柴油生产的经济最优化.传统催化体系还经常遇到设备腐蚀和皂化等问 题[33]. 因此, 从经济和技术角度出发, 生物柴油迫切需要一条高效、安全和环境友好的生产工艺, 而离子液体(Ionic liquids)作为绿色催化剂和溶剂近年来受到化学工作者的广泛关注[34,35], Abbott 等[36]用氢氧化钾催化合成了生物柴油, 后处理过程采用离子液体与甘油形成共晶提取体系, 实现生物柴油和甘油的有效分离. 因此采用离子液体作为合成生物柴油的催化剂, 即可保持传统催化剂的催化活性, 又很容易实现产物的分离, 反应后反应液经静置分层为两相可以直接分离, 其中一相是粗生物柴油; 另一相是甘油、甲醇和离子液体, 经蒸馏除去甲醇、甘油, 离子液体可重复使用. 与传统方法相比, 离子液体催化合成生物柴油法不仅简化了分离工艺, 而且对环境友好, 具有极为诱人的应用前景.2 离子液体离子液体是一种熔点低于100 ℃的盐, 也被称为室温离子液体[room temperature ionic liquid (RTIL)][37,38]. 离子液体是继超临界CO 2后的又一种极具吸引力的绿色溶剂, 是传统挥发性溶剂的理想替代品.130有机化学V ol. 29, 2009 随着绿色化学成为化工生产可持续发展的方向, 无毒无污染合成技术的研究和开发已成为绿色化学的重要研究内容, 其中RTIL用作化学反应介质的研究已经发展成为绿色化学的主要分支之一. 在很多催化和有机反应中, RTIL的应用往往能够产生其它分子溶剂难以比拟的效果[39~41].最早的离子液体可以追溯到1914年, [EtNH3][NO3] (熔点12 ℃)就是离子液体的雏形[42]. 离子液体具有温度区间大、溶解范围广、稳定性良好、极性较强、酸性可调、电化学窗口大以及没有显著的蒸气压等许多优点. 它提供了不同于传统分子溶剂的环境, 可以改变反应的机理, 在反应中使催化剂活性、选择性、转化率更高, 将催化剂溶于离子液体中一起循环利用, 催化剂具有均相催化效率高、多相催化易分离的优点. 近几年来, RTIL 作为“绿色”溶剂[43~45]或催化剂[46,47]以及某些催化剂的“液体载体”[48,49]在催化和有机反应中发挥了独特的作用, 已成为世界各国化学工作者研究的热点领域之一.2.1 离子液体的制备离子液体种类繁多. 通常由有机阳离子和无机或有机阴离子组成, 阳离子主要由咪唑阳离子、吡啶阳离子、一般的季铵阳离子、季鏻阳离子、噻唑阳离子等构成, 而阴离子通常由氯铝酸根、氟硼酸根及氟磷酸根等组成, 改变阳离子/阴离子的不同组合, 可以设计合成出不同的离子液体. 其合成方法基本上有两种: 一步合成法和两步合成法.2.1.1一步合成法用胺、胍和烷基咪唑直接与RX[50]、乳酸[51]、脂肪酸[52]和HBF4[53]等反应, 这种“中和法”简化了制备过程, 没有副产物生成.2.1.2两步合成法以咪唑离子液体的合成为例. 首先烷基咪唑与过量的RX在适当的有机溶剂CH3CCl3或CH3CN中加热回流, 发生季铵化反应生成含卤负离子X-的离子液体. 其次咪唑盐中间体发生进一步的复分解反应[54~56], 得到含阴离子Y-的离子液体(如图1所示). 以往多采用银盐进行离子交换, 但由于银盐的种类有限、价格较贵, 加之副产物卤化银又难以除去, 目前普遍使用碱金属盐、铵盐、酸和碱. 两步法制备离子液体的时间较长, 有时候需要几天. 2007年, Fang等[57]报道了一锅法高效合成一系列离子液体, 大大缩短了反应时间, 简化了操作步骤, 为离子液体的合成提供了新方法.2.2 酸性离子液体在酯化反应中的应用离子液体的阳离子和阴离子可被设计成为带有特定末端或具有一系列特定性质的基团. 因此离子液体也图1常见离子液体的制备纯化流程图Figure 1Preparation and purification process of ionic liquids 被称为“designer solvents”, 这就意味着它的性质诸如熔点、黏性、密度、疏水性等均可以通过改变阳离子或阴离子来进行调节[58], 即设计者可以根据自己的需要, 来设计合成合适的离子液体. 由于生物柴油成熟的生产方法是酯交换法, 因此这里介绍在酯化反应中被成功用作催化剂的Brønsted酸性离子液体, 为设计和选择合适的离子液体作为合成生物柴油的催化剂提供了依据.羧酸酯是非常重要的医药和化学中间体. Cole等[59]于2002年首先报道了一系列在N-丁基咪唑和三苯基膦上带有烷基磺酸官能团的Brønsted酸性离子液体, 成功地用于酯化、成醚等酸催化反应. 自此Brønsted酸性离子液体用作催化剂的反应日渐报道.Fang等[60]利用三烷基胺合成了一系列的Brønsted 酸性离子液体, 将它们同时作为催化剂和溶剂考察乙酸、丙酸和苯甲酸与乙醇、丁醇和苯甲醇的酯化反应, 在110 ℃下反应 1.5~3 h, 后处理简单, 产率88.0%~95.0%, 催化剂循环使用六次的产率分别为92.5%, 93.9%, 92.0%, 92.2%, 91.7%, 89.7%, 其催化活性依赖于阴离子的酸度和离子液体对原料的溶解性.Joan等[56]合成了六种含咪唑Brønsted酸性离子液体, 并应用于乙酸、甲氧乙酸、甲基丙二酸和正戊醇、己醇、庚醇、正癸醇的酯化反应, 产率为84.0%~99.0%, 并且产物易分离.No. 1陈喜清等:离子液体在生物柴油合成中的应用进展131Li 等[61]合成了两种新型的Brønsted 酸性离子液体, 分别将它们应用于脂肪酸和甲醇、乙醇的酯化反应, 产率均在85.0%以上, 并且催化剂离子液体在循环使用三次以后, 活性没有明显降低. 以辛酸和乙醇的反应为例, 其中一种离子液体循环使用三次的产率分别为94.0%, 92.0%, 93.0%; 另一种离子液体循环使用三次的产率分别为95.0%, 95.3%, 95.7%.由于咪唑的价格相对比较昂贵, Xing 等[62]利用比较便宜的原料吡啶合成了四种新型的Brønsted 酸性离子液体(如图2所示), 并针对以前酯化反应多集中于以脂肪酸为原料, 将所合成的离子液体用于催化苯甲酸和甲醇、乙醇和丁醇的酯化反应, 反应3 h, 产率在88.8%~96.0%之间.图 2 TSIL 的结构 Figure 2 Structure of TSIL3 离子液体在生物柴油合成中的应用传统的化学法合成生物柴油通常采用强酸或强碱等均相催化剂, 反应条件相对温和、反应速率快, 但存在腐蚀、皂化和催化剂难回收等问题, 且反应结束后需进行中和、洗涤、分离等后续处理, 使得工艺流程长, 生产成本增加, 存在排放废水、废渣等环境污染问题. 为克服这些问题, 可以将这些催化剂溶解到离子液体中, 这种两相催化体系综合了固体催化剂温和的反应条件和离子液体催化剂易于回收利用、分离的优点. Alves 课题组[33]将Sn(3-hydroxy-2-methyl-4-pyrone)2(H 2O)2溶解到离子液体[BMIM]PF 6中构成双相催化体系, 但并未达到预期的目的, 回收后催化剂的循环使用活性有很大的降低(如图3所示).他们在以后的研究中发现将Sn(3-hydroxy-2-methyl-图3 Sn(pyrone)2-[BMIM]PF 6催化体系四次催化大豆油合成生物柴油的产率Figure 3 Reaction yields observed for four soybean oil metha-nolysis reactions the same ionic phase composed by Sn(pyrone)2 dissolved in [BMIM]PF 6 4-pyrone)2(H 2O)2溶解到Lewis 酸性离子液体[BMIM]- InCl 4中所形成的双相催化体系的催化活性有一定程度的改善, 但循环使用效果仍然不是十分理想[63](表1).酶催化法合成生物柴油一般是将酶溶于有机溶剂中, 但是有机溶剂对酶有毒, 因此酶的活性不能得到很好的发挥. 此外有机溶剂易挥发, 不符合绿色化学的主题. 由于离子液体对酶的毒性弱、挥发性小, 因此以离子液体为酶的溶剂, 使酶催化法生产生物柴油的工业化变成了可能. Ha 等[64]研究了23种离子液体中用酶催化合成生物柴油的效果, 发现酶在离子液体[EMIM][TfO]中醇油比4∶1, 50 ℃反应12 h, 产率为80.0%, 是传统溶剂的8倍.离子液体不仅可以作为一种新型的环境友好溶剂应用于在生物柴油的合成中, 而且可以作为绿色催化剂在生物柴油的合成中应用. 它作为催化剂同时具有的优点是: 液体催化剂的高密度反应活性位; 固体催化剂对环境友好的特点; 结构和催化活性具有可调性, 催化剂表1 Sn(pyrone)2-[BMIM]InCl 4催化体系循环利用时产物和产率aTable 1 Products and yields obtained during attempts to recycling using the system Sn(pyrone)2-[Bmim]InCl 4EntryNot identified b /% Fat acids b /%Monoglyceride b /% Diglyceride b /% Triglyceride b /% Biodiesel b ,c /%1 4 Trace Trace Trace 12 83 2d 3 Trace Trace 11 60 25 3e4 1 1 3 88 3 4f Trace Trace Trace Trace 99 Trace 5g TraceTraceTraceTrace99TraceaFor each reaction: 10 g of soybean oil, 3 g of MeOH at reflux temperature for 4 h, 3 mL of [Bmim]InCl 4 and 100 mg of Sn(pyrone)2 were employed in the firstreaction; b Determined by HPLC; c Biodiesel =methyl ester; d Recharge from 1; e Recharge from 2; f Recharge from 3; g Recharge from 4.132有 机 化 学 V ol. 29, 2009和产物易分离; 热稳定性高. 其物理化学性质在很大程度上取决于应用的阴阳离子种类, 是真正意义上可设计的绿色溶剂和催化剂. 因此它具有取代传统工业催化剂的潜力, 近年来成为生物柴油研究的新热点.王文魁等[65]制备了氯铝酸离子液体[BMIM]AlCl 4, 用它催化大豆油制备生物柴油. 结果表明, 氯铝酸离子液体对大豆油酯交换反应具有一定的催化活性, 产物与离子液体易分离. 在70 ℃, 离子液体用量(占油的质量)为4%, 醇油物质的量比15∶1, 振荡频率300次/min 条件下, 反应25 h 后, 甘油的收率可达67.9%, 氯铝酸离子液体重复使用4次仍具有较好的催化活性. 但是氯铝酸离子液体对水不稳定, 因此在反应中对油的水分含量要求较高.吴芹等[66~68]制备了5种对水稳定性好、带SO 3H 官能团的Brønsted 酸性离子液体(如图4所示), 并将它们应用于催化合成生物柴油, 实验结果表明具有很好的催化活性, 其催化活性与阳离子中的含氮官能团和碳链长度有关. 其中吡啶离子液体的催化活性最好, 活性与浓硫酸相近. 在甲醇与棉籽油物质的量比为12∶1、吡啶丁烷磺酸硫酸氢盐用量(占棉籽油的质量)约1%的条件下, 170 ℃下反应5 h, 脂肪酸甲酯收率可达90.0%以上, 并且催化剂循环使用六次活性无明显降低(如图5所示), 此种离子液体总成本不高于KOH 催化剂, 基本无设备腐蚀、生产过程环境友好、设备投资和操作费用低.图 4 五种带SO 3H 官能团的Brønsted 酸性离子液体的结构Figure 4 Structure of the five SO 3H functional brønsted acidic ionic liquids易伍浪等[69]采用磺酸类Brønsted 酸离子液体作为催化剂, 研究了不同工艺条件下催化废油脂制备生物柴油的过程. 他们以地沟油为原料, 甲醇与油物质的量比为12∶1, 催化剂用量(占废油脂的质量)为2%, 在140 ℃下反应5 h, 产物中脂肪酸甲酯的含量达到86.8%. 在同样的反应条件下, 催化剂重复使用9次后其活性无明显变化. 同年, 张磊等[70]制备了对水稳定性好、带SO 3H 官能团的咪唑丙烷磺酸硫酸氢盐离子液体, 研究了离子液体的用量、醇与大豆油物质的量比、反应温度和反应图 5 离子液体1b 在棉籽油酯交换反应中的循环使用 Figure 5 The recycle of ionic liquid 1b in transesterification of cottonseed oil to biodiesel时间对生物柴油制备的影响及该离子液体的稳定性. 结果表明, 醇油比为12∶1、反应温度120 ℃、反应时间8 h 和催化剂用量(占原料油的质量)为4%条件下, 产物中脂肪酸甲酯收率可达96.5%, 且离子液体的稳定性好, 循环六次产率无明显降低.4 结语能源战略是各项国家战略的重中之重, 它对于一个国家的发展和国防建设具有极其重要的作用, 我国自1993年成为一个石油进口国, 今后长期大量进口石油已成定局. 生物柴油作为一种新能源, 虽然目前其生产成本还无法与石化柴油相比, 但随着石油的枯竭和人们对全球环境问题的关注, 它将显得越来越重要. 我国“十一五”重点发展的先进适用技术中可再生能源低成本规模化发展利用一栏的内容明确指出, 将生物柴油、生物质固体成型燃料和沼气发电等可再生能源作为优先发展技术. 生物柴油可作为战略能源储备, 它的快速连续化低成本生产显得非常重要, 也是现在研究的热点和必须解决的课题.RTIL 作为一种绿色催化剂和溶剂在有机反应中已发挥了积极作用. 它作为催化剂为液/液两相催化开创了“均相反应、两相分离”的新领域, 为解决均相催化反应催化剂难以分离回收提供了一条新途径, 同时也解决了非均相催化反应时间太长、催化剂易中毒等问题. 另一方面离子液体作为溶剂载有机试剂合成, 又称为离子液体相有机合成, 具有固相反应产物纯度高和液相反应反应快的优点.虽然目前离子液体应用于生物柴油的合成尚处于起步阶段, 相信在不久的将来研究者们会充分利用离子液体的优点, 合成出水稳定性好、催化活性高、可循环No. 1 陈喜清等:离子液体在生物柴油合成中的应用进展133利用的离子液体并将其应用于生物柴油的生产工艺中, 为我国能源发展做出一定的贡献.References1 Saka, S.; Kusdiana, D. 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