稀散元素离子液体的合成及其催化性能研究

On the basis of our previous investigation on synthesis of rhenium ionic liquids and its application in olefin epoxidation, in this project, we want to synthesize rare-scattered element ionic liquids with cations as: dialkylimidazolium, alkylpyridinium etc., anions as rare-scattered elements: gallium,indium,thallium,germanium,selenium,tellurium, and rhenium. All the ionic liquids were characterized by 1HNMR, DSC and Raman spectrum, which confirmed their structures. The density, surface tension, viscosity and other properties were also determined. The ionic liquids were applied in some classical catalysis system, such as alkylation, nitro group reduction，desulfurization and Selective oxidation. The basic rule and reaction condition were investigated respectively. The recycled method and catalysis mechanism in the catalysis systems were also discussed, which could discover the catalysis rules in ionic liquids systems. This research will solve the problems in old systems, which perfects the catalysis system. It has great importance for rare-scattered element chemistry and green chemistry. It will enlarge our knowledge on ionic liquids as green solvents, and will extend the contents of rare-scattered element chemistry, which supports the academic basis of research on application of rare-scattered elements compounds.

本项目在前期制备铼离子液体获得成功，并将其应用于烯烃环氧化催化体系取得满意效果的基础上，分别以七种稀散元素（镓，铟，铊，锗，硒，碲，铼）的化合物为阴离子，分别以烷基咪唑，烷基吡啶，烷基铵等为阳离子，采用直接合成法或酸碱中和法合成系列稀散元素离子液体。通过核磁，DSC，拉曼光谱等手段对其组成，结构进行表征，测算其密度，表面张力，粘度，晶格能等基础物理化学性质。并将其分别应用于付氏烷基化，硝基还原，汽油脱硫以及烯烃选择性氧化体系中，评价稀散元素离子液体催化反应体系的可行性，考察最佳反应条件，研究该催化体系的循环利用方法，探究离子液体催化体系中离子迁移过程，确定催化反应机制，揭示离子液体催化反应规律。本研究可克服传统催化体系存在的难于回收，副产品多等弊端，实现了绿色化学的理念，有利于加深对离子液体作为绿色溶剂的认识，丰富稀散元素化学的研究内容，对于稀散元素化学及绿色化学有着重要的理论及现实意义。

本项目利用我国稀散元素优势资源，合成出30多种稀散元素功能型离子液体，并以其成功应用于各类催化体系。以稀散元素的各类化合物为原料，采用直接合成法或酸碱中和法，成功合成了以稀散元素的化合物为阴离子，分别以烷基咪唑，烯基咪唑等阳离子的系列稀散元素离子液体。测定了合成稀散元素离子液体的密度，表面张力，折光率，粘度等基础物理化学性质，并计算了相关体积性质和表面性质，为稀散元素离子液体的是应用提供了丰富的基础数据。探索了稀散元素离子液体在汽油脱硫及烯烃选择性氧化体系中的应用，实现了95%以上的选择性，确定最佳反应条件，验证了稀散元素离子液体催化反应体系的可行性，确定了催化反应机制，揭示了离子液体催化反应规律。本研究克服了传统催化体系存在的难于回收，副产品多等弊端，催化体系循环利用，实现了绿色化学的理念，有利于加深对离子液体最为绿色溶剂的认识，丰富稀散元素化学的研究内容，对于稀散元素化学及绿色化学有着重要的理论及现实意义。同时，本项目以实现我国稀散金属铼资源的高附加值利用为长远建设目标，产生了一系列高水平研究论文和专利，“铼离子液体合成及应用”获得辽宁省技术发明二等奖，项目组成员获得辽宁省青年科技奖，辽宁省优秀专家称号。本项目成果将改变我省乃至我国稀散元素资源提取及深加工水平，为我国稀散元素的应用提供坚实的理论支撑，将资源优势转化为技术优势，提升我国稀散元素工业领域的整体水平。