本技术涉及一种新型季铵盐离子液体,具备抗菌和生物降解特性,属于有机化合物领域。制备过程涉及将小分子糖类化合物与N,N-二烷基胺在特定条件下反应,形成具有环保和健康益处的离子液体。该发明不仅提供了一种高效抗菌材料,还因其生物降解性,减少了环境污染,具有广泛的应用前景。
背景技术
伴随着社会经济的迅猛发展,环境污染、能源枯竭等问题日益突出,引发人们的广泛关注。为缓解上述问题,各国学者和技术人员一直致力于环境友好型材料(比如各种可生物降解聚合物材料)的开发和高效利用。其中,农作物秸秆作为一种农林废弃物,具有来源广泛、成本低廉、可生物降解、可再生等优点。其主要化学成分为高度结晶的纤维素和无定形半纤维素及木质素,分子结构中存在大量羟基,导致大分子间(内)具有强烈的氢键作用,因此无法用传统的热塑加工技术(比如挤出或注塑成型)制备相关产品。另一方面,我国作为农业大国,拥有丰富的农作物资源。据统计,全国每年可收集利用的农作物秸秆资源达6.74 亿吨,主要为小麦秸秆、玉米秸秆、甘蔗渣和稻草等。如果将这些资源加以有效利用(比如部分替代人工合成的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等石油基材料),将会带来巨大的社会效益和经济价值。因此,如何实现秸秆类聚多糖纤维的热塑加工成为解决上述难题的关键所在。
众所周知,离子液体因其自身特有的理化性质,如低熔融温度、良好的热稳定性、优异的溶解性、较好的导电性和化学稳定性、较高的反应活性和低毒性、可生物降解性等,被广泛运用于生物质溶解、合成反应催化、萃取分离以及电化学等领域。近年来,利用离子液体溶解生物质材料、分离提取纤维素/半纤维素/木质素等工作已成为相关领域的研究热点。
具体到季铵离子液体的制备方法,现阶段主要包括将叔胺与卤代烃反应生成季铵盐的过程。叔胺是合成季铵离子液体的核心原料,常用的叔胺包括三甲胺、三乙胺、N-甲基吡啶等。这些叔胺为季铵化反应提供了季铵中心的氮原子。卤代烃通常作为引入烷基或其他功能基团的主要原料,常用的有溴代烷(如溴代乙烷、溴代己烷)、氯代烷等。卤代烃的选择可以改变季铵离子液体的性能,如疏水性、亲水性和离子导电性。
然而,使用叔胺和卤代烃作为原料的制备方法具有反应选择性较低,副产物多的缺点,在传统的季铵化反应中,容易生成未反应完全的叔胺和杂质盐类,导致目标产物纯度较低。特别是在长链烷基或带有复杂功能基团的情况下,反应的选择性问题更加突出。同时,传统的季铵化反应通常在有机溶剂(如乙腈、二氯甲烷)中进行,这些溶剂往往具有毒性且易燃。溶剂残留问题在反应结束后较难完全去除,进而影响季铵离子液体的安全性和纯度。此外,使用这些有机溶剂不符合绿色化学的要求,增加了环境污染的风险。最重要的是传统的季铵化反应的反应速率和能耗较高,通常需要较高的温度和较长的反应时间,以确保反应的充分进行。较高的反应温度和能耗不利于工业化大规模生产,也不符合绿色化学节能的理念。同时某些卤代烃(如氯代和溴代烷烃)具有一定的毒性和环境风险,对工艺操作和废弃物处理有较高的要求。此外,某些长链或特殊功能化的卤代烃价格较高,增加了季铵离子液体的制备成本。
实现思路