專利名稱：一種季銨鹽離子液體及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及季銨化合物，具體地說是一種季銨鹽離子液體及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
離子液體(Ionic liquids)是指在室溫范圍內(nèi)(一般為100°C以下)呈液態(tài)，由有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子(或有機(jī)陰離子)構(gòu)成的。離子液體具有可調(diào)性，根據(jù)不同需要改變其陰陽離子結(jié)構(gòu)可以達(dá)到設(shè)計者的目的，因而離子液體被稱為設(shè)計者的溶劑。季銨鹽是一種重要的化工原料，它被廣泛應(yīng)用于日用化工、醫(yī)藥、紡織、印染、采礦、塑料加工、石油開采和石油化工等領(lǐng)域，為此人們進(jìn)行了系列季銨鹽制備技術(shù)的研究與開發(fā)。早在1914年就發(fā)現(xiàn)了第一個離子液體一硝基乙胺，但其后該領(lǐng)域的研究進(jìn)展緩慢。直到1992年，Wikes領(lǐng)導(dǎo)的研究小組合成了低熔點(diǎn)、抗水解、穩(wěn)定性強(qiáng)的I-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體([EMIM]BF4)后，離子液體的研究才得以迅速發(fā)展，隨后開發(fā)出了一系列的離子液體體系。最初的離子液體主要用于電化學(xué)研究，近年來離子液體作為綠色溶劑用于有機(jī)及高分子合成受到重視。與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑和電解質(zhì)相比，離子液體具有一系列突出的優(yōu)點(diǎn)(I)熔點(diǎn)低于或接近室溫，呈液態(tài)的溫度范圍寬；(2)蒸氣壓低、幾乎不揮發(fā)、無色、無嗅；(3)具有較大的穩(wěn)定溫度范圍，較好的化學(xué)穩(wěn)定性及較寬的電化學(xué)穩(wěn)定電位窗口 ；(4)良好的溶解特性，對很多無機(jī)物和有機(jī)物都表現(xiàn)出良好的溶解能力；(5)無著火點(diǎn)且不易燃燒。雖然目前離子液體具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，但是其制備方法一般都是制備公斤級離子 液體的實(shí)驗室小試或中試結(jié)果，生產(chǎn)效率低，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，同時，生產(chǎn)過程對環(huán)境污染相對較大，安全性相對較低，且化學(xué)性能不穩(wěn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種高熱穩(wěn)定性，且環(huán)境友好，具有良好的溶解力和安全性能的季銨鹽離子液體。本發(fā)明的另一目的在于提供一種工藝簡單、產(chǎn)率高、利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的季銨鹽離子液體制備方法。本發(fā)明進(jìn)一步的目的還在于提供上述季銨鹽離子液體在電化學(xué)和/或催化化學(xué)或/和催化劑的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案如下一種季銨鹽離子液體，其分子結(jié)構(gòu)通式為下述(I)
(I)式中，R 為-CH2-O-R1 或-CH2-O-RrR2，其中,R1 SC1-C5 烷基，R2 SC1-C6 烷氧基；Y 為 BF4'PF6' (CF3SO2)2N' CF3SO3' (FSO2),中的至少一種。上述季銨鹽離子液體制備方法，包括如下步驟稱取三乙胺、含有R基團(tuán)的鹵代烷和含有Y陰離子的無機(jī)鹽溶液；在無水、無氧條件下，將所述三乙胺與含有R基團(tuán)的鹵代烷反應(yīng)，得到季銨鹽鹵化物；將所述季銨鹽鹵化物與含有Y陰離子的無機(jī)鹽溶液進(jìn)行離子交換反應(yīng)，得到如下分子結(jié)構(gòu)通式為(I)表示的季銨鹽離子液體，
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' R ( I );各步驟中R為-CH2-O-R1或-CH2-O-RrR2，其中，R1為C1 C5烷基，R2為C1 C6烷氧基；Υ 為 BFpPF6' (CF3SO2)2N' CF3SO3' (FSO2),中的至少一種。進(jìn)一步，上述季銨鹽離子液體在電化學(xué)和/或催化化學(xué)中的應(yīng)用。上述季銨鹽離子液體為白色固體，含有上述的陽離子和陰離子，使得該季銨鹽離子液體非揮發(fā)性或“零”蒸汽壓，寬的電化學(xué)窗口，良好的離子導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，高熱穩(wěn)定性，且環(huán)境友好，具有良好的溶解力和安全性能，從而擴(kuò)寬了該季銨鹽離子液體的應(yīng)用范圍。上述季銨鹽離子液體制備只需兩步制備獲取，對設(shè)備無腐蝕、要求低，生產(chǎn)工藝簡單，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例季銨鹽離子液體制備方法工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高熱穩(wěn)定性，且環(huán)境友好，具有良好的溶解力和安全性能的季銨鹽離子液體。該季銨鹽離子液體的分子結(jié)構(gòu)通式為下述(I)
權(quán)利要求
1.一種季銨鹽離子液體，其分子結(jié)構(gòu)通式為下述(1)
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的季銨鹽離子液體，其特征在于所述R為-CH2-0-C2H4-0-CH3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的季銨鹽離子液體制備方法，包括如下步驟 稱取三乙胺、含有R基團(tuán)的鹵代烷和含有Y陰離子的無機(jī)鹽溶液； 在無水、無氧條件下，將所述三乙胺與含有R基團(tuán)的齒代烷反應(yīng)，得到季銨鹽齒化物； 將所述季銨鹽鹵化物與含有Y陰離子的無機(jī)鹽溶液進(jìn)行離子交換反應(yīng)，得到如下分子結(jié)構(gòu)通式為(I)表示的季銨鹽離子液體，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的季銨鹽離子液體制備方法，其特征在于所述季銨鹽鹵化物與含有Y陰離子的無機(jī)鹽溶液的摩爾比為1 : 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的季銨鹽離子液體制備方法，其特征在于所述離子交換反應(yīng)的溫度為O 40°C，時間為8 24小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的季銨鹽離子液體制備方法，其特征在于所述季銨鹽鹵化物的制備步驟中，三乙胺與含有R基團(tuán)的鹵代烷的摩爾比為I : I I : 1.2。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的季銨鹽離子液體制備方法，其特征在于所述季銨鹽鹵化物的制備步驟中，所述三乙胺與含有R基團(tuán)的鹵代烷反應(yīng)的溫度為60 80°C，時間為8 72小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的季銨鹽離子液體制備方法，其特征在于所述季銨鹽鹵化物的制備步驟中，無水、無氧條件為氮?dú)饣?和氬氣保護(hù)的無水、無氧條件。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的季銨鹽離子液體制備方法，其特征在于所述含有Y陰離子的無機(jī)鹽溶液中的陽離子為Na+、K+、NH4+中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的季銨鹽離子液體在電化學(xué)和/或催化化學(xué)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種季銨鹽離子液體及其制備方法與應(yīng)用，該季銨鹽離子液體的分子結(jié)構(gòu)通式為下述(I)(I)式中，R為-CH2-O-R1或-CH2-O-R1-R2，其中，R1為C1～C5烷基，R2為C1～C6烷氧基；Y為BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-、CF3SO3-、(FSO2)2N-中的至少一種。本發(fā)明的季銨鹽離子液體，含有上述的陽離子和陰離子，使得該季銨鹽離子液體非揮發(fā)性或“零”蒸汽壓，寬的電化學(xué)窗口，良好的離子導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，高熱穩(wěn)定性，且環(huán)境友好，具有良好的溶解力和安全性能；同時，該季銨鹽離子液體制備方法工藝簡單，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C07C309/06GK102887827SQ20111020083
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者周明杰, 劉大喜, 王要兵 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司