新一类温控-Bronsted酸功能离子液体催化制备高辛烷值烷基化汽油反应机制研究

There are some unsolved problems in the preparation process of alkylation gasoline, such as difficult reuse of the catalyst, unfriendly environment, the low rate of two-phase reaction, and so on. Basis on the designability of ionic liquid structure, the thermoregulated structural unit and the br?nsted acidic centre can be simultaneously coupled into the ionic liquid. By regulating the number of the thermoregulated unit, the position of br?nsted acidic centre, the species and the components of anion, cation, and substituent, etc., a series of novel efficient thermoregulated-br?nsted acidic ionic liquid catalysts will be prepared, and a novel highly efficient catalytic system with the characteristic of homogeneous reaction at higher temperature and phase-separation at lower temperature will be constructed to resolve above mentioned problems in the preparation process of alkylation gasoline. Using this novel catalyst with two properties of the controlled acidic centre and situating one phase with the reaction substrates under the high temperature, the selectivity of the target product, trimethylpentane, and the rate of alkylation, will be efficiently increased for the preparation of alkylation gasoline with a high octane value. Kinetics and reaction mechanism of new catalytic reaction system will also be revealed. Because the novel catalyst can situate automatically two phase with the product after reaction and under the room temperature, the integration of reaction with separation in the preparation process of alkylation gasoline and the recycle of the catalyst can be accomplished. This project will provide a new effective and green route for the preparation of high-octane alkylation gasoline.

针对目前烷基化汽油制备工艺存在的催化剂难以重复使用、环境不友好以及两相反应导致的转化率低等主要问题，本项目依据离子液体结构的可设计性，将能产生温控性能和B酸中心的结构单元或基团同时键合到离子液体结构中，通过调控温控结构单元的数量、B酸基团在离子液体结构中的位置以及阴阳离子、取代基的种类和组成，创制新一类高效温控-B酸功能离子液体，构建"高温均相反应，低温两相分离"的新型高效催化体系。基于该类离子液体酸性可控及其能与反应物在高温时处于一相的特征，显著提高对目标产物三甲基戊烷的选择性与烷基化反应速率，制备出高辛烷值的烷基化汽油。利用反应结束恢复到室温后该类催化剂能有效地与产物自动分离成两相的特性，实现烷基化汽油制备过程的反应-分离一体化与催化剂的循环使用，为高辛烷值烷基化汽油的制备提供高效新途径。

针对目前烷基化汽油制备工艺中存在的催化剂难以重复使用、环境不友好以及两相反应导致的转化率低等主要问题，将能产生温控性能和B酸中心的结构单元或基团同时键合到离子液体结构中，创制了新一类高效温控-B酸功能离子液体，并构建了“高温均相反应，低温两相分离”的新型高效催化体系。. 研究内容主要包括三个催化制备烷基化汽油新体系和一个烷基化脱硫体系，分别为：（1）二正己胺基温控-B酸离子液体催化制备烷基化汽油体系；（2）胍基温控-B酸离子液体催化制备烷基化汽油体系；（3）B-L双酸型离子液体催化制备烷基化汽油体系；（4）Brønsted杂多酸离子液体催化汽油烷基化脱硫体系。其中，二正己胺基温控-B酸离子液体催化异丁烷/异丁烯的烷基化反应制备烷基化汽油，达到了最好的温控催化的效果。在离子液体聚合度n=50、IL/TfOH(v/v)=5、温度为60 °C的条件下，反应仅需30 min，异丁烯的转化率和C8产物的选择性都在80%以上，其中95%以上的C8产物为三甲基戊烷（TMP）。另外，反应结束后，TfOH随离子液体自动析出，重复使用6次后，C8产物的选择性仍在70%以上。Brønsted-Lewis双酸型离子液体[HO3S–(CH2)3–NEt3]Cl–ZnCl2(x=0.83)催化异丁烷/异丁烯的烷基化反应，与传统催化剂相比，该类离子液体的两种酸性位间的协同催化效应有利于提高其催化活性，因此具有更佳的催化和重复使用性能。在离子液体3.0 g、去离子水1.3 g、烷烯混合物11.5g、烷烯摩尔比10:1、反应温度60 °C、反应时间2 h的条件下，异丁烯的转化率达到100%，产物TMP的选择性为95%。反应分离后未经处理的离子液体催化剂具有较佳的重复使用性能，重复使用10次后，其催化性能未见明显降低。. 本项目实现了烷基化汽油制备过程的反应-分离一体化与催化剂的循环使用，并显著提高了对目标产物三甲基戊烷的选择性与烷基化反应速率，为高辛烷值烷基化汽油的制备提供了高效新途径。为离子液体在催化制备烷基化汽油方面的研究提供了新的科学依据，对于基础理论研究和实际应用均有重要意义。