具有相转移催化功能的微孔膜接触器用于液/液反应的研究

在中空纤维微孔膜表面接枝具有相转移催化功能的季铵基团，组成催化膜接触器，有机相和水相在膜两侧进行非分散接触，季铵基团将反应离子转移至有机相进行反应。将膜材料主体强度和膜表面催化功能完美结合，可分别进行优化；每个接枝链上形成多个催化基团，可提高催化活性；液/液界面面积巨大且稳定，利于提高反应速率和放大；膜阻小，不存在液滴分散和凝并，规律易掌握；装置体积小，能耗低，绿色高效，尚未见他人报道，具有较强创新性。采用紫外光辐照、引发剂引发等方法接枝季铵基团，研究辐照时间、单体浓度、季铵化条件等对接枝率、交换容量等的影响规律和机理；以亲核取代、二氯卡宾加成等反应为模型体系，根据液/液反应理论进行分析和实验，研究季铵基团结构和含量、流速、反应物浓度、温度等对反应动力学等的影响规律和机理，研究催化活性与反应物和溶剂等的内在关系，获得催化膜接触器强化液/液反应普遍性规律，为液/液反应过程强化提供新的有效手段

利用具有相转移催化功能的膜接触器强化液/液反应，首先在中空纤维微孔膜表面接枝相转移催化基团，油相反应物和水相反应物分别在膜两侧，两相在膜口处接触反应，膜表面的相转移催化基团将水相中的反应离子不断转移至有机相反应，将反应产生的另一离子不断转移至水相，使离子在界面的转移连续进行；将膜材料主体的强度与膜表面的催化性能完美结合，可分别优化，用前无需溶胀；通过接枝聚合和后续反应，在每个接枝链上形成多个催化基团，得到多活性位PTC，提高了催化活性；液/液界面面积大且稳定，反应速率高，易于放大；过程不存在液滴分散和凝并，无乳化现象，规律易于掌握和预测，设备体积小，是一种绿色高效的液/液反应器型式。. 利用共辐射接枝法在聚乙烯中空纤维膜上接枝4-乙烯基吡啶，然后通过季铵化反应得到季铵膜，研究了接枝条件（辐射剂量、4-VP浓度）对接枝率的影响，研究了季铵化条件（温度、时间和季铵化试剂）对膜的离子交换容量和季铵化率的影响，研究了膜的物理性能（弹性模量、膜孔径分布、接触角）。研究表明，随辐照剂量的增大，接枝率和膜的弹性模量存在最大值，辐照剂量14.4 kGy时最佳；随着单体浓度的增大，接枝率存在最大值，最佳单体浓度为15wt%。膜的离子交换容量随季铵化温度、时间和溴代正辛烷浓度的增大而增大，氯代正辛烷季铵化膜的离子交换容量远低于溴代正辛烷季铵化膜。膜改性后亲水性增强，膜孔变小。将相转移催化功能膜用于溴代正辛烷和KI的亲核取代反应以及噻吩氧化反应中，研究了离子交换容量、温度、溴代正辛烷和KI的浓度、流速以及催化基团结构对反应速率的影响。研究表明，表观反应速率常数随着温度、季铵膜的离子交换容量、KI浓度、KI流速、溴代正辛烷流速、季铵化试剂烷基链长度的增大而增大。季铵膜的TOF远高于季铵化聚4-VP粉末。在实验条件下，传质因素对实验结果的影响不能忽略。过量KI、高流速以及增长季铵化试剂链长度能提高膜催化效率。. 已发表SCI论文8篇（Top 论文3篇，Review论文3篇），J Membr Sci审稿人认为该方法具有创新性，申请发明专利1项，出版专著1部。