一种二氧化硅负载镍基催化剂的制备方法和在5-羟甲基糠醛加氢中的应用技术

本发明专利技术涉及催化剂领域，具体涉及制备二氧化硅负载镍基催化剂的方法，并在生物质平台分子5

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化硅负载镍基催化剂的制备方法和在5
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羟甲基糠醛加氢中的应用


[0001]本专利技术属于有机合成领域，具体涉及一种室温无溶剂催化5
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羟甲基糠醛制备2，5
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呋喃二甲醇和2，5
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二羟甲基四氢呋喃的方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济的发展，化石资源占据着传统能源结构的主导地位，但过度依赖化石能源带来了一系列经济、社会和环境问题。为减少对化石燃料资源的依赖，开发太阳能、风能、生物质能等可再生资源具有重要意义。生物质能作为唯一可再生的碳源，对其研究开发具有较好的前景。在生物质中，5
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羟甲基糠醛(HMF)作为重要的平台化合物，可转化为多种高附加值化学品，如聚合物单体、精细化学品、燃料添加剂和液体燃料等。HMF加氢还原可以产生多种化学品，如2，5
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呋喃二甲醇(BHMF)、2，5
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二羟甲基四氢呋喃(BHMTHF)、5
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甲基糠醇(MFA)、2，5
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二甲基呋喃、2，5
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二甲基四氢呋喃(BMTHF)。
[0003]在HMF的加氢产物中，BHMF和BHMTHF是一种独特的二醇工业中间体，在生物质转化中具有广泛的应用前景，可用于制备分子识别中的人工受体以及制备人造纤维、聚酰胺、聚醚、药品、粘合剂、呋喃基树脂和其他高附加值的精细化学品[Hou Q.,et al.Biorefinery roadmap based on catalytic production and upgrading 5
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hydroxymethylfurfural]。近些年，HMF选择性加氢为BHMF和BHMTHF有众多催化体系被报道，贵金属催化体系如Pd、Pt、Ru和Ir和非贵金属如Co、Ni和Cu等将HMF选择性加氢为BHMF和BHMTHF[Jiang Z.Chemical transformations of 5
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hydroxymethylfurfural to highly added value products:Present and future]。在贵金属催化体系中，可以在较温和的H2条件下实现HMF的高选择性转化。但由于贵金属储量低，价格昂贵，且供应关系受市场波动影响很大，因此限制了贵金属催化剂的开发和实际工业化应用。此外，在相对苛刻条件下，非贵金属催化剂体系也可实现HMF高效转化，并得到与贵金属催化剂相媲美的高产率。如Zhang等[Zhang.et al.Catalytic selective hydrogenation and rearrangement of5
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hydroxymethylfurfural to 3
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hydroxymethyl
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cyclopentone over a bimetallic nickel
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copper catalyst in water]，采用2、5
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二羟基对苯二甲酸为有机配体，Ni、Co、Cu、Fe为金属节点，制备了系列MOF
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74衍生的单/双金属催化剂(Ni/C、Cu/C、Fe/C、Co/C、Ni
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Cu、Ni
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Co、Ni
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Fe)，在140℃，20bar H2下反应5h，只有Ni/C催化剂催化下HMF具有大于99％的转化率和79.1％的BHMTHF得率。B.Likozar等人[B.Likozaret al.Process condition
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based tuneable selective catalysis of hydroxymethylfurfural(HMF)hydrogenation reactions to aromatic,saturated cyclic and linear poly
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functional alcohols over Ni
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Ce/Al 2
O3.]，用Ni
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Ce/Al2O3为催化剂，通过调节反应温度溶剂，在水和THF的混合体系中，140℃、50bar H2得下到了96％的BHMF。在正丁醇作为溶剂时，190℃、50bar H2下得到了88％的BHMTHF。朱等人[Zhu Y,et al.Rational design of Ni
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based catalysts derived from hydrotalcite for selective hydrogenation of 5
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hydroxymethylfurfural.]，开发了较温和的催化体系，利用Ni和载体Al2O3的强相互作用，制备了的Ni粒径为3.7nm的Ni
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Al2O3催化剂，在60℃和60bar H2下，实现了HMF的100％转化和BHMTHF 90.5％的收率，但存在催化失活严重的问题。公布号为CN113773284 A的专利公开了一种Co
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Ni/SiO2催化5
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羟甲基糠醛制备BHMTHF的方法，采用水为溶剂，在110℃，30bar H2下反应4h，BHMTHF的得率为82.9％，但反应温度相对较高。非贵金属具有储量丰富，价格便宜，原料相对易得等优势，然而在较苛刻的条件下，HMF容易发生氢解、开环、聚合等多种副反应，给高产率和选择性获得BHMF和BHMTHF带来巨大挑战。同时生产过程中，产品分离提纯需要消耗大量能源和资金，提高了产品的生产成本，而HMF具有良好的水溶性，考虑绿色和可持续化学的原则，将水作为反应介质，或者直接采用无溶剂进行反应，相比于昂贵的有机溶剂，可以大幅度减少成本。因此开发高效、稳定的非贵金属催化剂，实现温和条件下选择性制备BHMF和BHMTHF，并能降低产物的分离成本具有重要的科学研究价值和工业应用意义。

技术实现思路

[0004]为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种二氧化硅负载的镍基催化剂(Ni
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NC/SiO2)的制备方法及在5
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羟甲基糠醛制备2，5
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呋喃二甲醇和2，5
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二羟甲基四氢呋喃的应用。该催化剂为非贵金属催化剂，制备方法简单。不仅可以在水作为溶剂下催化5
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羟甲基糠醛快速反应，反应条件温和，实现室温反应。还可实现无溶剂条件下直接催化5
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羟甲基糠醛加氢，同时该催化剂可催化含有硝基、羰基、碳碳双键等不饱和基团的底物，并均有良好的活性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种二氧化硅负载镍基催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)首先，将乙酸镍、P123溶解在乙醇溶液中，超声一定时间使固体溶解并充本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅负载镍基催化剂的制备方法，其包括如下步骤：(1)将乙酸镍、P123溶解在乙醇溶液中，超声使固体溶解并充分混匀配位；(2)将二甲基咪唑溶解在去离子水中，磁力搅拌均匀；(3)将步骤(1)得到的溶液快速倒入到步骤(2)的溶液中，水浴磁力搅拌0.5
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2h后，快速加入三乙胺，继续搅拌0.5
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2h；取正硅酸四乙酯缓慢滴加到上述溶液中，水浴搅拌10
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20h；然后过滤，收集滤饼、洗涤、真空干燥，得到浅蓝色前体Ni
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ZIF/SiO2；(4)将步骤(3)得到的催化剂前体Ni
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ZIF/SiO2，在氮气气氛中、900
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1000℃下还原，得到二氧化硅负载的镍催化剂；其中，所述乙酸镍、P123、二甲基咪唑、三乙胺、正硅酸四乙酯、乙醇、去离子水的加入量比为0.05
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1g:0.1
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3g:0.1
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2g:0.05
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1g:0.05
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2g:10
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50mL:10
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50mL。2.如权利要求1所述的二氧化硅负载镍基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述超声时间为0.1
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1h，优选为0.5h；步骤(3)中所述水浴温度为30
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50℃，优选为40℃；步骤(3)中各所述搅拌时间分别为0.5h、1h、15h。3.根据权利要求1中所述的二氧化硅负载镍基催化剂的制备方法，其特征在于：所述乙酸镍、P123、二甲基咪唑、三乙胺、正硅酸四乙酯、乙醇、去离子水的加入量比为0.1
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0.5g:0.5
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2g:0.5
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1g:0.2
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1g:0.5
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1g:15
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25mL:15
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【专利技术属性】
技术研发人员：曾宪海，黄仁杰，陈炳霖，田野，李铮，林鹿，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：