一种锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种锐钛矿

【技术实现步骤摘要】
一种锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及多糖催化剂
，具体涉及一种锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]1923年，美国化学家路易斯(G.N.Lewis)用共价键理论解释酸碱中和反应时发现：酸碱中和过程本质上是酸H
+
和碱OH-之间形成新的共价键的过程，结合酸碱的电子结构，从电子对的配给和接受出发，提出酸碱电子理论，又称为路易斯酸碱理论。路易斯认为：酸是价层轨道上缺电子对因而能接受电子对的物质；碱是具有孤电子对因而能授予电子对的物质。因此路易斯酸又称为电子对接受体(Acceptor)路易斯碱也叫电子对给予体(Donor)。常见的路易斯酸催化剂有AlCl3、BF3、SbCl5、FeBr3、FeCl3、SnCl4、TiCl4、ZnCl2等。路易斯酸能催化不同的药物合成反应，并有很好的收率和选择性
[0003]近年来路易斯酸作为高效催化剂，也被应用于葡萄糖异构化转化过程中，但均相路易斯催化剂(如AlCl3,BF3和过渡金属卤化物)在水相中不稳定。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂的制备方法，以该方法制成的催化剂能在水相中稳定存在，而且能提供大量的TiO6八面体和TiO4四面体路易斯酸，并且界面电子从锐钛型TiO2转移到金红石TiO2上，从而提高了催化活性；本专利技术的目的之二在于提供锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂的应用，该催化剂能使阿洛糖、阿卓糖、古罗糖、艾杜糖、半乳糖、阿洛酮糖、山梨糖和葡萄糖等糖类催化水解得到果糖。
[0005]本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：
[0006]一种锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)在葡萄糖溶液中添加钛前驱体溶液，得到混合溶液；其中，钛前驱体包括TiOSO4、Ti[OCH(CH3)2]4和TiBr4中的一种或几种；
[0008]2)将步骤1)所得溶液在120～150℃下搅拌加热，冷却后进行过滤得到固态产物，固态产物经过清洗后进行真空干燥；
[0009]3)真空干燥后的固态产物在400～500℃下煅烧，然后对煅烧后的固体进行研磨，得到锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂。
[0010]进一步，步骤1)中，所述葡萄糖溶液中葡萄糖的浓度为3～8％。
[0011]再进一步，步骤1)中，所述钛前驱体溶液的浓度为8mg/mL-13mg/mL。
[0012]进一步，步骤2)中，搅拌速度为300～600rpm，加热时间为1～3h。
[0013]再进一步，步骤2)中，真空干燥的温度为50～80℃，时间为8h。
[0014]进一步，步骤3)中，煅烧时间为120min。
[0015]再进一步，步骤3)中，所述锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂中TiO2的质量分数为3
～8％。
[0016]常见的多相路易斯催化剂具有耐水和环保的优点，如Nb2O5·
nH2O是NbO
4-H2O加合物形成后以NbO4四面体为酸活性中心的耐水性路易斯酸。纯锐钛矿型TiO2的路易斯酸性高于Nb2O5，且在水相中稳定存在。酸性介质作用下TiO2水解得到的TiOSO4也对葡萄糖的转化起催化作用。相比传统单相结构二氧化钛，本专利技术制备的钛矿-金红石混合相TiO2催化剂能提供大量的TiO6八面体和TiO4四面体路易斯酸，并且界面电子从锐钛型TiO2转移到金红石TiO2上，从而提高了催化活性。
[0017]一种锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂，由上述的制备方法制备而成。
[0018]本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：
[0019]锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂的应用，锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂用于使多糖催化水解得到果糖，多糖为阿洛糖、阿卓糖、古罗糖、艾杜糖、半乳糖、阿洛酮糖、山梨糖和葡萄糖中的一种或几种。
[0020]具体地，钛矿-金红石混合相TiO2催化剂用于使葡萄糖催化水解得到果糖，催化转化温度为120℃～180℃，反应时间为2～8h。
[0021]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0022](1)利用本专利技术的制备方法所制备的钛矿-金红石混合相TiO2催化剂为多相路易斯催化剂，存在大量的TiO6八面体和TiO4四面体位点，还存在锐钛型TiO2到金红石TiO2的界面电子转移，比传统单相TiO2具有更好的结构性能，能展现更强的路易斯酸性和催化活性。而且钛矿-金红石混合相TiO2催化剂具备耐水性，在水溶液中比传统的多相路易斯催化剂更稳定，还比传统的在有机溶剂中使用的催化剂更为环保。
[0023](2)本专利技术制备得到的钛矿-金红石混合相TiO2催化剂能使阿洛糖、阿卓糖、古罗糖、艾杜糖、半乳糖、阿洛酮糖、山梨糖和葡萄糖催化水解得到果糖。而且催化水解葡萄糖制备果糖时，果糖的产率高。
附图说明
[0024]图1为实施例1、对比例1和对比例2的XRD谱图；
[0025]图2为实施例1的拉曼光谱图；
[0026]图3为实施例1的TEM图。
具体实施方式
[0027]下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0028]锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂的应用，锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂用于使多糖催化水解得到果糖，多糖为阿洛糖、阿卓糖、古罗糖、艾杜糖、半乳糖、阿洛酮糖、山梨糖和葡萄糖中的一种或几种。
[0029]本专利技术制备的催化剂适用于曼尼西反应和IAD反应。也适用于各种类型的反应器，如移动床反应器、管式反应器和搅拌釜反应器等。
[0030]曼尼西反应：
[0031][0032]IAD反应：
[0033][0034]具体地，钛矿-金红石混合相TiO2催化剂用于使葡萄糖催化水解得到果糖，催化转化温度为120℃～180℃，反应时间为2～8h。
[0035]实施例1
[0036]一种锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0037]1)在浓度为8％的葡萄糖溶液中添加浓度为13mg/mL的钛前驱体溶液，得到混合溶液；其中，钛前驱体为TiOSO4；
[0038]2)将步骤1)所得溶液在150℃和600rpm下搅拌加热1h，冷却后进行过滤得到固态产物，固态产物经过去离子水清洗后在80℃下进行真空干燥8h；
[0039]3)然后在500℃下煅烧120min，以去除有机杂质，然后对煅烧后的固体进行研磨，得到锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂。所述锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂中TiO2的质量分数为8％。
[0040]在本实施例中，锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂命名为H-TiO2。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在葡萄糖溶液中添加钛前驱体溶液，得到混合溶液；其中，钛前驱体包括TiOSO4、Ti[OCH(CH3)2]4和TiBr4中的一种或几种；2)将步骤1)所得溶液在120～150℃下搅拌加热，冷却后进行过滤得到固态产物，固态产物经过清洗后进行真空干燥；3)真空干燥后的固态产物在400～500℃下煅烧，然后对煅烧后的固体进行研磨，得到锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂。2.如权利要求1所述的锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述葡萄糖溶液中葡萄糖的浓度为3～8％。3.如权利要求1所述的锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述钛前驱体溶液的浓度为8mg/mL-13mg/mL。4.如权利要求1所述的锐钛矿-金红石混合相TiO2催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，搅拌速度为300～600rpm，加热时间为1～3h。5.如权利要求1所述的锐钛矿-金红...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷俊禧，蔡珠华，王志成，李翔，李凯欣，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：