一种铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂制造技术

本发明专利技术涉及本发明专利技术涉及一种铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂及制备方法，所述的催化剂主要由柠檬酸铌、磷酸氢二铵和硝酸铁分别按照体积比为20:20:0.5‑1.5组成，由上述主要原材料制备的催化剂可以解决传统的乙酰丙酸制备方法大多采用均相催化法，催化剂为液体酸(如浓硫酸、盐酸、等)，虽然能得到较高的乙酰丙酸产率，但存在诸如工艺复杂、成本高、产生大量废水、催化剂与产品难分离及催化剂重复使用困难等众多缺点，此外单一的固体酸在催化制备乙酰丙酸中活性表现较差，不利于乙酰丙酸的制备的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂
本专利技术涉及一种铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂，具体地说是一种纤维状介孔铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂的制备及催化剂在催化葡萄糖制备乙酰丙酸中的应用，属于催化剂领域。
技术介绍
随着世界经济的高速发展，全球性石化资源消耗量越来越大，石化燃料燃烧后排放的废气(如硫氧化物、二氧化碳等)会引起环境的污染，导致生态环境的恶化。因此，生物质能源作为一种新型、环保、可替代的绿色能源已成为科研工作者重要的研究课题和研究热点。美国能源部将乙酰丙酸列为生物质转化中的重要平台小分子之一，因为乙酰丙酸能通过酯化得到广泛应用于香料香精行业的乙酰丙酸酯类化合物，通过加氢-环化得到可持续利用的液体燃料γ-戊内酯，通过催化氧化、缩合和还原氨化能得到琥珀酸、双酚酸和吡咯烷等一系列高附加值的衍生物。传统的乙酰丙酸制备方法大多采用均相催化法，催化剂为液体酸(如浓硫酸、盐酸等)，由于使用浓硫酸或盐酸等导致在生产过程中需要采用大量的水稀释，从而产生大量的废水，虽然能得到较高的乙酰丙酸产率，但存在诸如工艺复杂、成本高、催化剂与产品难分离及催化剂重复使用困难等众多缺点。而采用新型固体酸催化剂替代均相催化剂，具有产品与催化剂易分离，不产生废液及催化剂可重复使用等优点。从糖类制备乙酰丙酸需要Lewisacid催化糖异构化反应和Brønstedacid催化再水合反应得到乙酰丙酸，因此，单一的固体酸NbP在催化制备乙酰丙酸中活性表现较差，不利于乙酰丙酸的制备。目前，已有大量关于设计Lewisacid和Brønstedacid双功能固体酸催化葡萄糖转化为乙酰丙酸的报道，比如N.A.S.Ramli,N.A.S.Amin,Appl.Catal.B163(2015)487-498的报道，但具有B、L酸位点的纤维状介孔结构催化剂应用于催化葡萄糖制备乙酰丙酸的技术却是空白。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂，利用利用自制的柠檬酸铌为铌源，通过简单的水热制备方法，得到了高活性催化剂铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂，在用于催化葡萄糖制备乙酰丙酸的反应中表现出高的催化活性。本专利技术提供一种铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂，其特征为：所述的催化剂主要由柠檬酸铌、磷酸氢二铵和硝酸铁分别按照体积比为20:20:0.5-1.5组成。铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂的制备方法，包括以下步骤：第一步、先分别配制柠檬酸铌溶液、磷酸氢二铵溶液、硝酸铁溶液和十六烷基三甲基溴化铵溶液，再按照权利要求1所述的体积比将柠檬酸铌、磷酸氢二铵溶液和硝酸铁溶液组成混合溶液；第二步、在步骤（一）所得各种体积比的混合溶液分别滴加到35ºC的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，并搅拌1小时，搅拌结束后移入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，保持不锈钢高压釜内温度为160ºC并老化24h，然后经过滤分离得到沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤、烘干并研磨得到前驱体，最后经过煅烧制得到各种柠檬酸铌、磷酸氢二铵溶液和硝酸铁体积比的介孔磷酸妮固体酸催化剂。所述的檬酸铌溶液的制备方法为：称取5g氧化铌加入到40mL氢氟酸（40%）溶液中，油浴加热至100ºC并保持5h，自然冷却到25℃后，缓慢加入10倍体积14wt%氨水，然后经离心分离，得到的沉淀物用去离子水洗涤，洗涤后立即加人到75mL，1.1mol/L的柠檬酸溶液中，油浴加热至50ºC并保持0.5h后得到0.5mol/L的澄清柠檬酸铌溶液。所述的磷酸氢二铵溶液为85%磷酸调控0.5mol/L磷酸氢二铵水溶液至pH=2。所述的硝酸铁溶液为1mol/L硝酸铁水溶液。所述的十六烷基三甲基溴化铵溶液为0.2mol/LCTAB水溶液。所述的煅烧为将烘干并研磨得到的前驱体在干燥温度80ºC的环境下干燥12小时，再放入550ºC的马釜炉中煅烧5h。本专利技术的一种铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂制备方法，通过自制柠檬酸铌溶液、配制磷酸氢二铵溶液、硝酸铁溶液和CTAB溶液；85%磷酸调控磷酸氢二铵溶液pH=2，与柠檬酸铌、硝酸铁溶液组成混合溶液，随后滴加入十六烷基三甲基溴化铵溶液混合后，采用水热法进行制备，经搅拌后移入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，保持不锈钢高压釜内温度为160ºC并老化24h，然后经过滤分离，得到的沉淀物用去离子水洗涤，烘干，研磨得到前驱体，最后经过煅烧制得到介孔磷酸铌固体酸催化剂。本专利技术的柠檬酸铌溶液的制备方法为：称取5g氧化铌加入到40mL氢氟酸（40%）溶液中，油浴加热至100ºC并保持5h，自然冷却到25℃后，缓慢加入10倍体积14wt%氨水，然后经离心分离，得到的沉淀物用去离子水洗涤，洗涤后立即加人到75mL，1.1mol/L的柠檬酸溶液中，油浴加热至50ºC并保持0.5h后得到0.5mol/L的澄清柠檬酸铌溶液，通过以上方法可以保证柠檬酸铌溶液的质量，从而保证了整个化学反应所需的元素最终得到保障。本专利技术的磷酸氢二铵溶液为85%磷酸调控0.5mol/L磷酸氢二铵水溶液至pH=2，经大量试验证明，磷酸氢二铵溶液为85%磷酸调控0.5mol/L磷酸氢二铵水溶液至pH=2的溶液，是整个化学反应的所需的较佳参数。本专利技术的硝酸铁溶液为1mol/L硝酸铁水溶液，经大量试验证明，硝酸铁溶液为1mol/L硝酸铁水溶液，是整个化学反应的所需的较佳参数。本专利技术的十六烷基三甲基溴化铵溶液为0.2mol/L十六烷基三甲基溴化铵水溶液，经大量试验证明，十六烷基三甲基溴化铵溶液为0.2mol/L十六烷基三甲基溴化铵水溶液，是整个化学反应的所需的较佳参数。本专利技术的煅烧为将烘干并研磨得到的前驱体在干燥温度80ºC的环境下干燥12小时，便于将前驱体的水充分干燥，再放入550ºC的马釜炉中煅烧5h，可保证前驱体最后经过煅烧得到介孔磷酸铌固体酸催化剂。与现有技术相比，传统的乙酰丙酸制备方法大多采用均相催化法，催化剂为液体酸(如浓硫酸、盐酸等)，由于使用浓硫酸或盐酸等导致在生产过程中需要采用大量的水稀释，从而产生大量的废水，虽然能得到较高的乙酰丙酸产率，但存在诸如工艺复杂、催化剂与产品难分离及催化剂重复使用困难等众多缺点；从糖类制备乙酰丙酸需要Lewisacid催化糖异构化反应和Brønstedacid催化再水合反应得到乙酰丙酸，因此，单一的固体酸在催化制备乙酰丙酸中活性表现较差，不利于乙酰丙酸的制备。本专利技术的技术方案，在传统的固体酸NbP基础上加入铁元素，使用的主要原材料为柠檬酸铌、磷酸氢二铵和硝酸铁，再经过与溴化十六烷基三甲基溴化铵溶液混合，分离水分后煅烧，该材料普通、制备方法简单、成本低、不会产生大量废水、催化剂与产品难分离及催化剂重复使用困难等众多缺点得到克服，尤其是在柠檬酸铌溶液和磷酸氢二铵溶液的基础上加入硝酸铁溶液并经过分离水份后煅烧，生产出的铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂同时具有B、L酸位点且结构为纤维状介孔，而传统的采用单一的固体酸NbP生产的催化剂为介孔结构。与现有的介孔结构的催化剂相比，本专利技术的催化剂由于具有纤维状介孔，因此催化剂酸量高，催化活性较介孔结构有明显提高。附图说明图1为铁掺杂磷酸铌催化剂的透射电子显微镜图；图2为铁掺杂磷酸铌催化剂的物理吸附图；图3为铁掺杂磷酸铌催化剂的NH3-TPD图；图4为铁掺杂磷酸铌催化剂的吡啶-红外图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂，其特征为：所述的催化剂主要由柠檬酸铌、磷酸氢二铵和硝酸铁分别按照体积比为20:20:0.5‑1.5组成。

【技术特征摘要】
1.一种铁掺杂磷酸铌固体酸催化剂，其特征为：所述的催化剂主要由柠檬酸铌、磷酸氢二铵和硝酸铁分别按照体积比为20:20:0.5-1.5组成。2.根据权利要求1所述的催化剂的制备方法，包括以下步骤：第一步、先分别配制柠檬酸铌溶液、磷酸氢二铵溶液、硝酸铁溶液和十六烷基三甲基溴化铵溶液，再按照权利要求1所述的体积比将柠檬酸铌、磷酸氢二铵溶液和硝酸铁溶液组成混合溶液；第二步、在步骤（一）所得各种体积比的混合溶液分别滴加到35ºC的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，并搅拌1小时，搅拌结束后移入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，保持不锈钢高压釜内温度为160ºC并老化24h，然后经过滤分离得到沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤、烘干并研磨得到前驱体，最后经过煅烧制得到各种柠檬酸铌、磷酸氢二铵溶液和硝酸铁体积比的介孔磷酸铌固体酸催化剂。3.根据权利要求2所述的催化剂的制备方法，其特征在于：所述的柠檬酸铌溶液的制备方法为：称取5g氧化铌加入到40mL浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨松，刘彦修，李虎，贺健，王忠伟，杨婷婷，赵文凤，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52