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SO3H-功能化酸性离子液体本身具有液体酸的高活性和固体酸难挥发、易回收等特性。因其在水和空气及高温状态下能够保持稳定存在,且在催化反应中表现出良好的催化活性和可循环利用性而备受关注。生物柴油是目前研究热门的可替代能源。将SO3H-功能化酸性离子液体用于制备生物柴油(油酸甲酯)成为研究热点。本文合成了一系列具有不同结构的磺酸基功能化酸性离子液体及其固化材料,运用NMR、FT-IR、UV-Vis、NH3-TPD等方法对其结构、酸度进行了表征,考察不同离子液体材料在催化合成油酸甲酯反应中的催化性能,研究比较离子液体的结构、酸度与催化反应活性之间的构-效关系。 1)以具有不同结构的单磺酸基功能化酸性离子液体为催化剂用于催化合成油酸甲酯。相比于传统酸性催化剂(H2SO4、CH3PhSO3H),单磺酸基功能化酸性离子液体均表现出较高酸催化性能,且离子液体催化活性与其酸度呈正相关。研究比较,选取[(CH3CH2)3N(CH2)4SO3H][HSO4]离子液体作为合成油酸甲酯的较优催化剂并对其反应工艺进行优化。结果表明,在T=70℃,n(methanol):n(oleic acid)=6:1,t=5 h,m(cat.):m(oleic acid)=0.03:1.00的优化反应条件下,油酸甲酯收率最高可达95%。 2)合成了两种具有双磺酸基团功能化酸性离子液体,研究不同离子液体各自在合成油酸甲酯反应中的催化性能。研究结果表明,双磺酸基团功能化酸性离子液体同样对合成油酸甲酯具有较高催化活性,同时由于空间位阻的存在,使得双核型双磺酸功能化酸性离子液体的酸催化活性相对低一些。而以[Im(N(CH2)3SO3H)2][HSO4]作为酸催化剂,在T=80℃、t=5h、n(methanol):n(oleic acid)=4:1、m(cat.):m(oleic acid)=0.06:1.00优化反应条件下,油酸甲酯收率为93%。 3)为解决离子液体回收过程繁琐、经济性相对较差等问题,本文采用化学键合接枝方法在改性硅小球和 ZSM-5分子筛上分别对离子液体进行固化,并研究比较不同离子液体固化材料对合成油酸甲酯的催化性能。研究结果表明,以纳米硅小球为载体合成的离子液体固化材料在油酸甲酯催化合成反应中表现较好的催化活性。这可能是由于相比较于ZSM-5分子筛,纳米二氧化硅小球具有更大比表面积,可提供更多硅羟基量。将以二氧化硅小球为载体合成的SO3H-功能化离子液体固化材料作为合成油酸甲酯反应催化剂,在T=60℃,n(methanol):n(oleic acid)=12:1,t=5 h,m(cat.):m(oleic acid)=0.09:1.00的最佳反应条件下,油酸甲酯收率最高可达94%,且经连续重复使用5次后仍具有较高的酸催化活性。