【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新型cux/sba-15催化剂(x＝la、ce、y、yb)催化剂催化转化半纤维素及木糖制备环戊酮的方法。具体说是采用cux/sba-15催化剂(x＝la、ce、y、yb)氯化钠水溶液/甲苯有机溶剂两相反应体系，在氢气气氛下，将半纤维素及木糖等反应原料一步直接转化为环戊酮的方法。
技术介绍
1、环戊酮是一种重要的平台化合物，可以用于制备橡胶、树脂、涂料以及有机溶剂等化学品。此外，环戊酮还被广泛应用药物合成、农药合成等领域。不仅如此，在生命科学中，环戊酮被用作神经元保护剂，可以用来减轻中枢神经系统损伤引起的炎症和细胞死亡。
2、目前，工业上生产环戊酮的方法为以下几种。1)己二酸法，即用己二酸作为原料，以氢氧化钡为催化剂，经过脱羧和缩合反应制备环戊酮。该方法的主要问题有废酸溶液难以处理、环境极不友好、产品纯度低。2)氢氧化钠法，即用环己酮和氢氧化钠为原料，在高温高压条件下制备环戊酮。该工艺需要在高温高压环境下进行，设备成本高。值得说明的是，上述工艺原料均来自化石能源，其开采、运输和加工过程中会释放大量的温室气体和其他污染物，将导致空气、水和土壤污染。从而影响生态环境和人类健康。此外，化石能源储量有限，价格不稳定，容易受到政治、经济等因素的影响，因此过度依赖化石能源制备环戊酮也存在一定的不确定性。生物质材料是一种可再生资源，与化石能源相比，具有更好的可持续性和环境友好性，因此能够有效的缓解化石能源短缺和环境污染问题。相对比化石能源，生物质能源价格稳定且成本更低，通过催化转化生物质原材料制备环戊酮可以降低生产
3、目前生物质制备环戊酮常用的原材料为糠醛，如2021年，hu及其同事在环戊酮制备研究领域，连续报道了ni/sio2以及ni-p/al2o3催化剂在糠醛制备环戊酮反应中显示出较高的活性(hongli tian,xun hu,etc.molecular.catal.510(2021)111697；guoming gao,xun hu,etc.catal.sci.technol.11(2021)575.)。工业上，糠醛是通过含有半纤维素的生物质原料经过硫酸处理后得到的，该过程本身具有酸液难以处理等问题，对于环境会造成一定不好的影响。近年来科学家们为了更好的保护环境和回收催化剂以降低成本，致力于固体酸催化转化半纤维素制备糠醛。2021年，zhang及其同事报道的通过snox基催化剂将木糖转化为糠醛的工作中，在180℃反应温度下，成功将木糖转化为糠醛(nan zhou,shichengzhang,etc.j.cleaner.production.311(2021)127780，收率53.9％)，；wang及其同事在2021年报道的通过碳载体固体酸催化将木糖转化为环戊酮的工作中(hao xu,shurongwang,etc.energy fuel 35(2021)9961)，其活性较好的反应温度为170摄氏度，且得到了较为可观的糠醛收率(糠醛收率为84.9％)。即便如此，半纤维素或木糖转化制备糠醛这一过程中，热能的损耗以及酸液处理还是不可避免的。直接利用木糖、木聚糖甚至原生物质等更原始的生物质原料一步转化制备环戊酮，则可以减少反应步骤，一定程度避免上述热能损耗和废酸液问题，从而提高能源利用效率。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种新型的cu基催化剂，在氯化钠水溶液，甲苯体系下可以将半纤维素木糖一部转化为环戊酮，收率高达63％。相比较由于现有技术本申请催化剂为纯非贵金属催化剂，且具备一定的反应稳定性，是首件有关纯非贵金属在该体系下制备环戊酮的专利，该工艺使用稀土元素改性铜基催化剂，使铜基催化剂具有了更好的稳定性与活性，且该反应体系无酸无碱，对于反映设备没有太大的腐蚀性，有利于大规模生产。对于我国能源的可持续发展、环境保护、快速实现碳达峰和碳中和战略目标，都有着重大意义。
2、具体采用以下技术方案实现：
3、本专利技术提供一种新型的cu基催化剂催化转化半纤维素及木糖制备环戊酮的方法：
4、采用cux/sba-15(x＝la、ce、y、yb中的一种或两种)作为催化剂，氯化钠水溶液/甲苯两相反应体系，在氢气气氛下，将反应原料一步直接转化为环戊酮；
5、所述反应原料为生物质中的半纤维素组分以及其单体，也包括其单体的异构体。如木糖，阿拉伯糖中的一种或者两种以上混合物。
6、进一步地，在上述技术方案中，所述cux/sba-15催化剂，是在cu基催化剂上加入la、ce、y、yb一种或两种以上混合物混合物作为添加剂。其中cu相对于载体sba-15的负载量为10wt.％～30wt.％，添加剂稀土金属相对于载体的负载量为1wt.％～3wt.％。
7、进一步地，在上述技术方案中，所述cux/sba-15催化剂可以通过两种方法制备：
8、方法一、使用蒸氨法制备cu/sba-15催化剂前驱体，再使用浸渍法制备cula/sba-15、cuce/sba-15、cuy/sba-15、cuyb/sba-15催化剂前驱体。所制备的催化剂前驱体充分干燥后，在空气下进行被烧；在氢气、氮气混合气条件下进行还原；在空气、氮气混合气条件下进行钝化，最终制备出cux/sba-15催化剂(x＝la、ce、y、yb中的一种或两种)。
9、方法二、使用共浸渍法制备cux/sba-15催化剂前驱体(x＝la、ce、y、yb中的一种或两种)。所制备的催化剂前驱体充分干燥后，在空气下进行被烧；在氢气、氮气混合气条件下进行还原；在空气、氮气混合气条件下进行钝化，最终制备出cux/sba-15催化剂(x＝la、ce、y、yb中的一种或两种)。
10、进一步地，在上述技术方案中，方法一中，使用蒸氨法制备cu/sba-15催化剂前驱体时，往圆底烧瓶中加入cu(no3)2 3h2o和sba-15质量比为0.38～1.14的混合原料，并加入适量去离子水搅拌并且混合均匀，然后再中加入氨水调节ph至12～14，随后将圆底烧瓶放入水浴锅中搅拌加热，加热温度为85～99℃，直至ph至6～8。调好ph后，将产物过滤洗涤，放入烘箱中干燥，待完全干燥后，将产品取出，加入适量浓度的硝酸盐水溶液(x(no3)；x＝la、ce、y、yb中的一种或两种)，均匀搅拌后干燥，然后空气气氛下进行焙烧，焙烧温度为400～800℃，焙烧后的样品在氢气、氮气混合气氛下，300～800℃条件下进行还原，还原后的样品在空气、氮气混合气气氛下钝化24小时得到cux/sba-15催化剂(x＝la、ce、y、yb中的一种或两种)。
11、进一步地，在上述技术方案中，方法二中，使用共浸渍法制备cux/sba-15催化剂催化剂，在容器中加入一定量的sba-15后，再加入cu(no3)2 3h2o和硝酸盐水溶液(x(no3)；x＝la、ce、y、yb中的一种或两本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新型的Cu基催化剂催化转化半纤维素及木糖制备环戊酮的方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：
5.根据权利要求3所述方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种新型的cu基催化剂催化转化半纤维素及木糖制备环戊酮的方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
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【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，于振杰，李广亿，王爱琴，张涛，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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