安全、清洁、高效生产是目前化学工业发展的目标,其最终目的是实现生产过程的零排放,以迎合“绿色发展”这一世界倡导的发展主题。反应分离耦合过程是提高反应与分离过程的效率、降低过程的能耗、缓解过程工业面临的资源、能源与环境瓶颈问题的重要手段之一,是目前化工生产与分离研究的重点,其核心是反应器的设计,过程集成及新型催化剂的制备。新型催化剂的使用是实现反应与分离耦合强化的关键之一,而现在工业上广泛使用的传统无机／有机酸催化剂,固体催化剂等由于催化剂本身存在的诸多缺陷，使得过程绿色化和节能化,综合成本低廉化等方面存在着许多问题。离子液体是一种绿色、稳定、高效的有机化学反应催化剂和溶剂,广泛用于酯化、烷基化、氧化和还原等反应,而将离子液体工业化仍然需要在催化性能和应用性上有待提高。为此,本文选取乙酸酯化和乙苯硝化这两个领域,以BrOnsted酸性离子液体为核心,紧紧围绕实现反应与分离的耦合和可应用这两个目标来设计和构建BrOnsted酸性离子液体催化剂,并对其催化性能进行详细的研究。首先,针对低碳链且空间位阻较小的乙酸正丁酯的合成,本文选取了强酸性且用量较少的BrOnsted酸性离子液体[BSEtiNH][HSO4]做主催化剂,非腐蚀性且用量较多的BrOnsted酸性离子液体[Hpy][HSO4]或[Hmpy][HSO4]做助催化剂和相分离剂,配成两种二元配方离子液体催化剂,研究了其对乙酸正丁酯合成的催化性能。研究发现,相较于单一的纯BrOnsted酸性离子液体而言,该类二元配方离子液体催化剂兼具较高的催化活性和较低的腐蚀性两方面的优势,反应体系可在短时间(小于5min)内自动分相,产物酯主要在上相有机相,副产物水和催化剂在下相离子液体相,反应物乙酸和正丁醇则按一定比例在两相中分配。反应结束后,剩余未反应且少量的乙酸和正丁醇则大部分被上相萃取,下相主要为水和二元配方离子液体混合物。为此该体系兼顾了反应-分离-萃取的三重效果,实现了反应与分离的耦合,该过程可被称为“反应萃取”。且尤于体系反应平衡被打破,反应持续不断的向右进行,从而强化了反应,致使乙酸达到较高的转化率(大于95%)。此外,本文提出了一种基于二元配方离子液体为催化剂的液液双相催化反应动力学模型，并在该模型中引入了各组分在两相中的液相分配系数。结果表明,该类模型能够较好的拟合液液双相催化实验数据,这为后续Aspen模拟提供了宝贵的基础数据。这里本文同样提出了一种反应分离耦合强化工艺流程来说明潜在的使用二元Br(?)nsted酸性离子液体作为液液双相酯化的强化催化剂。其次,本文设计合成了一类强酸性,且具有高度对称结构的梯度质传递酸性复合物催化剂,并用于长碳链且空间位阻较大的脂肪酸酯的合成。该类催化剂由含有两个N原子的二元杂环(1,10-邻菲罗啉,2,2’-联吡啶和4,4’-联吡啶)与硫酸以1：2的摩尔比反应得来。与常规Br(?)nsted酸性离子液体不同,该类催化剂同时含有一个N-H氢键和一个N-H共价键键合结构,并且具有能够传递质子的能力,影响着催化剂的酸性。此独特性质赋予该类催化剂具有类似传统无机酸(硫酸)的高催化活性和离子液体易与反应体系分离的特点,促使反应体系实现反应与分离的耦合。在十四酸异丙酯合成的研究中,发现在该类催化剂[Phen-H]HSO4(H2SO4)添加量为4%mol,反应温度为95℃,反应时间为8h,酸醇摩尔比为1：3的条件下,可使十四酸达到90.8%的转化率。反应过程中,氢键强化的Br(?)nsted酸性离子液体能部分溶于反应体系,降低固体催化剂带来的传质阻力限制。反应结束时,该类催化剂能与反应体系形成液液双相,上相为十四酸异丙酯与未反应的十四酸和异丙醇的混合轻相,下相为催化剂与水的混合重相。回收的催化剂经简单除水即可用于下一批次的反应,并能重复使用多次,且无明显催化活性的降低与质量损失。研究表明氢键强化的Br(?)nsted酸性离子液体是一种应用在长碳链脂肪酸酯化反应中的高效催化剂。再次,对含有不饱和键的风味酯而言,筛选能够兼顾催化活性与选择性,并能有效回收利用的催化剂至关重要。本文选用1,10-邻菲罗啉为阳离子,甲烷磺酸,硫酸和对甲苯磺酸作阴离子合成了一类具有梯度质子传递能力的Br(?)nsted酸性离子液体。从结构表征和理论计算两个方面深入研究了该类催化剂形成的两种NH键合结构(N-H共价键和N-H氢键),并用于香叶醇和乙酸酐的酯化反应中。研究发现该类催化剂有效兼顾了强酸催化剂(高催化活性)和弱酸催化剂(高选择性)的优点,可在催化剂[Phen-H]CH3SO3(CH3SO3H)加入量为2mo1%,反应温度为50℃,反应时间为120min的条件下,促使香叶醇转化率高达99.5%,乙酸香叶酯收率达96.9%。由于本文采用的是香叶醇和乙酸酐在酸性催化剂存在的情况下乙酰化反应得到乙酸香叶酯,乙酸副产物的生成容易使常规吡啶类,咪唑类或季铵盐类等离子液体与反应体系混溶,无法自动分相。而采用本文合成的氢键强化的BrOnsted酸性离子液体在反应初期可以溶于体系之中,解决非均相催化剂的传质阻力限制,促进反应的进行。反应结束时,该类催化剂可以以液体的形式从体系中自动析出,解决均相催化剂难分离的问题。该类催化剂属于“反应诱导自分离催化剂”,能够通过简单的方式回收利用。结合催化活性,选择性,可回收性和低成本四个方面的优势,说明此种具有梯度质子传递能力的Br(?)nsted酸性离子液体在高级风味酯生产中具有极大的竞争优势。最后,针对传统的混酸硝化生产硝基乙苯的方法对位选择性低的问题,本文合成了一类阴离子为HSO4-的叔铵盐类Br(?)nsted酸性离子液体,并用于替代部分浓硫酸以混酸的方式进行催化硝化乙苯的研究。结果表明,在掺杂了部分叔铵盐类Br(?)nsted酸性离子液体,可有效提高硝基乙苯的对位选择性,对邻比((对位+间位)/邻位)可由原先的1.10升至1.34,最佳反应温度可降低至35℃,且反应结束后体系分为两相,上相为硝基乙苯及未反应完全的乙苯,下相主要为混酸和离子液体。本文的研究主要基于Br(?)nsted酸性离子液体的强酸性,高选择性及特殊的溶解特性,根据不同的反应体系设计和构建不同的离子液体以期实现反应与分离的耦合强化。此外,本文发现的氢键强化的Br(?)nsted酸性离子液体的构建关系为后续筛选具有针对性的高效酸性离子液体催化剂提供了指导。