嫁接季膦型离子液体的制备方法

摘要

本发明涉及一种嫁接季膦型离子液体的制备方法，其制备方法是先用3-氯丙基三乙氧基硅烷和三辛基磷反应生成氯化季膦离子液体中间体，再用氯化离子液体中间体和四氟硼酸钠合成四氟硼酸盐季膦离子液体中间体，最后用四氟硼酸盐离子液体中间体和二氧化硅反应生成嫁接季膦型离子液体。该嫁接季膦型离子液体的制备方法提供的嫁接季膦型离子液体可以单独作为CO2吸附剂使用，也可以与其他吸附材料复合使用，与传统的浸渍法合成的硅胶固载1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸离子液体、溶胶-凝胶法合成的硅胶固载1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸离子液体相比，嫁接季膦型离子液体具有更大的累积比表面积和较好的CO2吸附性能。

权利要求

1.嫁接季膦型离子液体的制备方法，其特征是所述制备方法的具体步骤如下：

（1）氯化季膦离子液体中间体（Ⅱ）的合成，使用3-氯丙基三乙氧基硅烷（Ⅰ）和三辛基磷反应生成氯化季膦离子液体中间体（Ⅱ），要求实验条件为惰性气体保护下， 3-氯丙基三乙氧基硅烷（Ⅰ）和三辛基磷的摩尔比为1：1.0～1.5，以0.5～10份无水甲苯为溶剂，常温～120℃搅拌反应1～24小时；（2）四氟硼酸离子液体中间体的合成，使用氯化离子液体中间体（Ⅱ）和四氟硼酸钠反应生成四氟硼酸盐季膦离子液体中间体（Ⅲ），要求氯化离子液体中间体（Ⅱ）和四氟硼酸钠的摩尔比为1：1.0～1.5，以1～15份乙腈为溶剂，在常温～60℃下搅拌反应1～48小时；（3）嫁接季膦型离子液体的合成，使用四氟硼酸盐离子液体中间体（Ⅲ）和二氧化硅反应生成嫁接季膦型离子液体（Ⅳ），要求 二氧化硅先在100～

550℃下煅烧1～6h，实验条件为惰性气体保护下，四氟硼酸离子液体中间体（Ⅲ）和二氧化硅的摩尔比为1：0.5～5.0，以0.5～50份无水甲苯为溶剂，常温～100℃搅拌反应1～12小时,得嫁接季膦型离子液体（Ⅳ）。

说明书

嫁接季膦型离子液体的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及有机化学、化学工程领域中离子液体的制备方法，尤其是一种嫁接季膦型离子液体的制备方法。

背景技术

[0002] 随着工业的发展，人类使用石化等燃料后排放到大气中的CO2与日俱增，全球环境问题日益严峻。各国都在致力于控制和减少CO2的排放量，开发吸附分离CO2技术是全球共同关注的热点。目前CO2捕获方法主要有溶剂吸收、变压吸附和膜分离等，其中有机胺水溶液吸收法最为普遍，但是由于有机胺水溶液易挥发，易产生VOCs的二次污染。而吸附法分离CO2技术因其不含水、低能耗、吸附剂无腐蚀且可长期使用的优势，已逐渐成为颇具竞争力的CO2分离回收技术。但是传统吸附剂吸附效率低, 因此迫切需要一种新材料来有效地分离CO2。

[0003] 离子液体是一种室温下呈液态的有机融盐，用于CO2吸收时可避免传统吸收剂所带来的缺点。但是若将离子液体直接用于CO2分离，由于粘度大、比表面积小，不利于脱吸和回收，因而不利于工业应用。将离子液体固载到有机高分子材料或无机多孔材料上，制得的固载离子液体兼具离子液体和多孔载体材料的特性，有利于扩大比表面积、缩短扩散路径、促进传质和方便重复利用，而且可以采用变压吸附的方法实现大规模的工业应用。目前常用物理浸渍法制备固载离子液体，无法客服离子液体填充入载体的空隙，而导致孔道被堵，阻碍CO2在孔道内的传递并影响CO2的吸附效率，而且离子液体与载体之间简单的物理作用力较弱，致使动态吸附状态下离子液体存在流失现象。而将嫁接季膦型离子液体作为新型的CO2吸附剂具有潜在的应用价值，关于该类吸附剂的制备及其CO2吸附性能更是鲜见报道。

发明内容

[0004] 为了提高嫁接季膦型离子液体作为新型的CO2吸附剂的应用价值，本发明提供一种嫁接季膦型离子液体的制备方法，该方法可以单独作为CO2吸附剂使用，也可以与其他吸附材料复合使用，吸附性能较好。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：嫁接季膦型离子液体的制备方法包括三个步骤：

[0006] （1）使用3-氯丙基三乙氧基硅烷和三辛基磷反应生成氯化季膦离子液体中间体，要求反应条件为惰性气体保护下， 3-氯丙基三乙氧基硅烷和三辛基磷的摩尔比为1：1.0～1.5，以0.5～10份无水甲苯为溶剂，在25℃～120℃下搅拌反应1～24小时；

[0007] （2）使用氯化离子液体中间体和四氟硼酸钠反应生成四氟硼酸盐季膦离子液体中间体，要求反应条件为氯化离子液体中间体和四氟硼酸钠的摩尔比为1：1.0～1.5，以1～15份乙腈为溶剂，在25℃～60℃下搅拌反应1～48小时；

[0008] （3）使用四氟硼酸盐离子液体中间体和二氧化硅反应生成嫁接季膦型离子液体，反应时二氧化硅先在100～550℃下煅烧1～6h，要求反应条件为惰性气体保护下，四氟硼酸离子液体中间体和二氧化硅的摩尔比为1：0.5～5.0，以0.5～50份无水甲苯为溶剂，25℃～100℃搅拌反应1～12小时,得嫁接季膦型离子液体。

[0009] 本发明所涉及嫁接季膦型离子液体的制备方法可以用下面的化学方程式来表示：

[0010]

[0011] 本发明的有益效果是，该嫁接季膦型离子液体的制备方法提供的嫁接季膦型离子液体可以单独作为CO2吸附剂使用，也可以与其他吸附材料复合使用，吸附性能较好。表1给出了在0℃和0.1Mpa条件下，嫁接季膦型离子液体1、传统的浸渍法合成硅胶固载1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸离子液体2、溶胶-凝胶法合成硅胶固载1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸离子液体3，三种离子液体的累计比表面积及CO2吸附性能的对比分析，由此可见嫁接季膦型离子液体具有更大的累积比表面积和较好的CO2吸附性能。

[0012] 表1 样品的孔结构参数和CO2吸附量

[0013]

附图说明

[0014] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0015] 图1是各反应化合物的化学结构式。

[0016] 图2是所涉及嫁接季膦型离子液体的合成化学方程式示意图。

[0017] 图1中，式（Ⅰ）为3-氯丙基三乙氧基硅烷，式（Ⅱ）为氯化季膦离子液体中间体，式（Ⅲ）为四氟硼酸盐季膦离子液体中间体，式（Ⅳ）为嫁接季膦型离子液体。

具体实施方式

[0018] 实施例1氯化季膦离子液体中间体（Ⅱ）的合成

[0019] 将20ml无水甲苯加入三口烧瓶中，N2保护；将3.0g 3-氯丙基三乙氧基硅烷（Ⅰ）用注射器加入甲苯中，随即6.0g三辛基磷以相同方式加入；在120℃的油浴中加热回流，反应24h；反应产物静置，分层，取离子液体相，用乙醚洗涤三次，洗去甲苯和未反应物；在80℃下真空干燥24h，得棕黄色氯化季膦离子液体中间体（Ⅱ）。

[0020] 实施例2四氟硼酸离子液体中间体（Ⅲ）的合成

[0021] 将上步所得的氯化季膦离子液体中间体（Ⅱ）1.9g放入三口烧瓶中，然后在不断搅拌条件下将0.6g（过量的）四氟硼酸钠加入该烧瓶中，再加入150 mL的乙腈，搅拌反应35 h；两种盐逐渐溶解并有新的白色沉淀生成，由于反应前后的沉淀均为白色，反应过程现象不明显；将沉淀过滤除去，向滤液中加入约750 mL乙醚，有白色结晶生成；过滤得到该白色沉淀，在室温下真空干燥10 h, 得四氟硼酸离子液体中间体（Ⅲ）。

[0022] 实施例3嫁接季膦型离子液体（Ⅳ）的合成

[0023] 将二氧化硅载体在550℃下煅烧6h，烧瓶里加入150ml甲苯，将四氟硼酸离子液体（Ⅲ）1.6 g加入到甲苯中，用N2排出空气；加入2.0 g载体，反应混合液在90℃下搅拌3h；110℃下真空干燥2h，得到最终产品嫁接季膦型离子液体（Ⅳ）微粒。