一种羟甲基糠醛催化剂、其制备方法及用途技术

本发明专利技术提供一种羟甲基糠醛催化剂、其制备方法及用途。本发明专利技术羟甲基糠醛催化剂包括多孔材料泡沫镍载体和通过浸渍法负载在载体上的催化剂活性组份。本发明专利技术还公开了羟甲基糠醛催化剂在HMF生产领域的用途，将生物质糖置于低沸点溶剂中搅拌至果糖全部溶解，将混合液通入到内置羟甲基糠醛催化剂的管式反应器中，产品流出后置于封闭的圆底烧瓶中，待产品全部流出后，减压蒸馏溶剂回收，同时得到黄色固体粗产品，将固体粗产品置于二氯甲烷中于超声条件下萃取，再过滤，滤液减压蒸馏，得到羟甲基糠醛。本发明专利技术羟甲基糠醛催化剂可以实现HMF的连续化生产，生产工艺简单、三废排放少，产物分离简单，催化剂易于制备回收和再生，果糖转化率高。果糖转化率高。

【技术实现步骤摘要】
一种羟甲基糠醛催化剂、其制备方法及用途


[0001]本专利技术涉及催化剂技术，尤其涉及一种羟甲基糠醛催化剂、其制备方法及用途。

技术介绍

[0002]随着化石燃料存储量的不断减少及环境污染问题的日益增加，开发可再生资源成为各国关注的重点。在各种各样的可再生资源中，生物质资源以稳定性高、来源广泛、可再生等特点一直备受研究者的关注，同时以生物质为原料制备能源和化学品是当今社会发展的重要方向，因此，生物质资源成为最有可能代替化石燃料的能源。5
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羟甲基糠醛(5
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HMF)是一种可由生物质六碳糖在酸性条件下脱水得到的高附加值平台化合物，由于HMF分子结构中含有活泼的醛基和羟基，通过水解、氧化脱氢，聚合、加氢等化学反应制备出多种重要的化合物，如2，5
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二甲基呋喃、5
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羟甲基糠酸、2，5
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呋喃二甲醛、2，5
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呋喃二甲酸等。HMF被研究者视为一种介于生物基糖化学和石油基化学之间的关键桥梁化合物，因此，以生物质为原料制备HMF成为当前研究的一个重点内容。
[0003]目前六碳糖转化制备HMF的研究中使用的溶剂主要包括单相体系与双相体系。水是单相体系中最常见的溶剂，但由于其强极性等性质，HMF在水中的产率较低，且容易与水反应生成其他副产物。因此，常采用有机溶剂
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水共溶体系以抑制副反应发生。有机溶剂常选用萃取能力较高的四氢呋喃(THF)，从而使得HMF能够更快、更多地从水相转移到有机相。THF不仅起到了萃取剂的作用，同时也能够促进HMF的水合、降解和缩聚副反应的发生。催化剂的选择也是HMF制备技术中最重要的影响因素之一，其主要分为均相催化剂与非均相催化剂。非均相催化剂具有腐蚀性低、热稳定性强、易于分离等优点，因此成为近年来的研究热点。常用的非均相催化剂包括质子化沸石、过渡金属氧化物、炭基催化剂等。其中，复合金属氧化物催化剂能够强化金属氧化物表面酸性，提高反应物转化率与HMF产率。磷酸化金属氧化物因其优秀的酸强度而广为人知，并且适用于多种酸催化反应。
[0004]以果糖为主的六碳单糖，被认为是最理想的、最佳的原料用于脱水制5
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HMF，但果糖分子中含有许多活泼的基团(如羰基、还原性醛基或酮基)，这些基团在酸性条件下容易发生副反应，会使果糖脱水制5
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HMF的收率及选择性降低，因此，选择合适的催化剂体系有利于提高果糖脱水制5
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HMF的收率、选择性。研究表明，影响果糖脱水制5
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HMF的因素有反应温度、反应时间、反应物浓度、催化剂类型等，而催化剂类型的作用最为明显。传统均相催化剂如路易斯酸、金属盐类、金属氧化物等均具有较好的催化效果，但存在着产物难分离、催化剂不易回收、稳定性欠佳、对设备防腐性能要求高、排放物易造成环境污染等缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，针对传统均相催化剂存在着产物难分离、催化剂不易回收、稳定性欠佳、对设备防腐性能要求高、排放物易造成环境污染的问题，提出一种羟甲基糠醛催化剂，该催化剂可以实现HMF的连续化生产，生产工艺简单、三废排放少，产物分离简单，催化剂易于制备回收和再生，果糖转化率高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种羟甲基糠醛催化剂，包括多孔材料泡沫镍载体和通过浸渍法负载在载体上的催化剂活性组份。
[0007]进一步地，所述催化剂活性组份包括磷钨酸溶液、磷钼酸、硅钨酸、硫酸、磷酸中的一种或多种的混合。
[0008]进一步地，所述泡沫镍厚度为1
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15mm，优选为5
‑
10mm。
[0009]进一步地，所述负载量为0.5
‑
2mg/cm
‑2，优选为1.12mg/cm
‑2。
[0010]本专利技术另一个目的还公开了一种羟甲基糠醛催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1、将泡沫镍置于0.1
‑
0.5mol/L的硫酸亚锡溶液中，浸渍12
‑
24小时后取出；
[0012]步骤2、将浸渍后的泡沫镍置于100
‑
200℃下烘干12
‑
24小时，待质量不变后取出得到催化剂载体；
[0013]步骤3、将催化剂载体置于0.01
‑
0.5mol/L的酸溶液中浸渍12
‑
36小时，所述酸溶液为磷钨酸溶液、磷钼酸溶液和硅钨酸溶液中的一种或多种的混合，之后置于100
‑
150℃下烘干，再将烘干后的催化剂置于300
‑
800℃下焙烧3
‑
15小时，即可得到同时具有L酸和B酸双功能酸性位点的催化剂。
[0014]进一步地，步骤1、将泡沫镍置于0.1
‑
0.3mol/L的硫酸亚锡溶液中，浸渍16
‑
20小时后取出。
[0015]进一步地，步骤2、将浸渍后的泡沫镍置于105
‑
150℃下烘干12
‑
18小时，待质量不变后取出得到催化剂载体。
[0016]进一步地，步骤3、将催化剂载体置于0.02
‑
0.2mol/L的酸溶液中浸渍12
‑
24小时，所述酸溶液为磷钨酸溶液、磷钼酸溶液和硅钨酸溶液中的一种或多种的混合，之后置于110
‑
130℃下烘干，再将烘干后的催化剂置于500
‑
700℃下焙烧6
‑
12小时，即可得到同时具有L酸和B酸双功能酸性位点的催化剂。
[0017]进一步地，在步骤1之前将泡沫镍置于0.1
‑
1mol/L的盐酸溶液中于超声下清洗0.5
‑
10小时，之后用蒸馏水清洗3
‑
5次，再用乙醇清洗1
‑
3次，置于50
‑
110℃条件下烘干。
[0018]本专利技术的另一目的，还公开了所述羟甲基糠醛催化剂在HMF生产领域的用途。
[0019]所述羟甲基糠醛催化剂在HMF生产领域的用途，包括以下步骤：将生物质糖置于沸点低于130℃低沸点溶剂中搅拌至果糖全部溶解，将混合液以0.1
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3mL/min的流速通入到内置羟甲基糠醛催化剂的管式反应器中，于60
‑
180℃反应1
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3h，产品流出后置于封闭的圆底烧瓶中，待产品全部流出后，于30
‑
100℃下减压蒸馏溶剂回收，同时得到黄色固体粗产品，将固体粗产品置于二氯甲烷中于超声条件下萃取20
‑
60min，再过滤，滤液于30
‑
100℃下减压蒸馏，最后得到精制后产品——羟甲基糠醛。
[0020]进一步地，所述生物质糖为果糖、葡萄糖、蔗糖、菊糖中的一种或几种的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种羟甲基糠醛催化剂，其特征在于，包括多孔材料泡沫镍载体和通过浸渍法负载在载体上的催化剂活性组份。2.根据权利要求1所述羟甲基糠醛催化剂，其特征在于，所述催化剂活性组份包括磷钨酸溶液、磷钼酸、硅钨酸、硫酸、磷酸中的一种或多种的混合。3.根据权利要求1所述羟甲基糠醛催化剂，其特征在于，所述泡沫镍厚度为1
‑
15mm。4.根据权利要求1所述羟甲基糠醛催化剂，其特征在于，所述负载量为0.5
‑
2mg/cm
‑2。5.一种羟甲基糠醛催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将泡沫镍置于0.1
‑
0.5mol/L的硫酸亚锡溶液中，浸渍12
‑
24小时后取出；步骤2、将浸渍后的泡沫镍置于100
‑
200℃下烘干12
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24小时，待质量不变后取出得到催化剂载体；步骤3、将催化剂载体置于0.01
‑
0.5mol/L的酸溶液中浸渍12
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36小时，所述酸溶液为磷钨酸溶液、磷钼酸溶液和硅钨酸溶液中的一种或多种的混合，之后置于100
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150℃下烘干，再将烘干后的催化剂置于300
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800℃下焙烧3
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15小时，即可得到同时具有L酸和B酸双功能酸性位点的催化剂。6.根据权利要求5所述羟甲基糠醛催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1之前将泡沫镍置于0.1
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1mol/L的盐酸溶液中于超声下清洗0.5
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10小时，之后用蒸馏水清洗3...

【专利技术属性】
技术研发人员：何鑫，厉安昕，刘思乐，高慧妍，黄明远，
申请(专利权)人：沈阳科技学院，
类型：发明
国别省市：