CN104370879B - 一种烟草催化热解制备二烯烟碱的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质能的利用领域，具体涉及一种利用贵金属基催化剂催化热解烟草制备3‑(1‑甲‑2‑吡咯)吡啶(二烯烟碱)的方法。本发明是将贵金属基催化剂和烟草机械混合，在无氧条件下于260～450℃进行快速热解，对热解气进行冷凝后即可得到富含二烯烟碱的液体产物。二烯烟碱的产率及其在液体产物中的纯度都较高；此外，该催化剂性能稳定，可经分离回收后多次循环使用。

Description

一种烟草催化热解制备二烯烟碱的方法
技术领域
本发明属于生物质能的利用领域，具体涉及一种利用贵金属基催化剂催化热解烟草制备二烯烟碱的方法。
背景技术
3-(1-甲-2-吡咯)吡啶(二烯烟碱)是烟草热解过程中形成的一种吡啶与四氢吡咯相结合的化合物。二烯烟碱的结构式如下所示：
二烯烟碱独特的化学结构，使其在精细化工、制药、有机合成、农药等领域有着广泛的应用前景。然而在烟草常规热解过程中，二烯烟碱作为目标产物难以生成或者产率极低，这就导致基于常规热解液体产物分离提纯二烯烟碱难以甚至无法实施。为了获取二烯烟碱，必须采用适当的方式来调控烟草热解反应过程，促进生成二烯烟碱的反应途径，并对生成其他有机液体产物的反应途径进行抑制，从而成功实现选择性制备二烯烟碱。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用贵金属基催化剂催化热解烟草制备二烯烟碱的方法。
根据本发明提供的方法，首先用载体负载一定量贵金属元素作为贵金属基催化剂，贵金属基催化剂中贵金属的质量百分比为0.5％～10％；然后以烟草为原料，将催化剂与原料按照质量比为(5∶1)～(1∶5)进行机械混合，在无氧条件下，于260～450℃进行热解反应，收集热解气，冷凝得到富含二烯烟碱的液体产物。
优选的，所述贵金属基催化剂的载体为氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆、硅藻土、高岭土、多孔分子筛、活性炭中的一种或者上述物质的任意组合。
更优选的，所述贵金属基催化剂的载体为活性炭或者SBA-15。
更优选的，所述贵金属是钯、铂、铑、钌、锇、铱、金、银中的一种或者其中任意两种的组合。
更优选的，所述贵金属是钯、铂、铑中的一种或者其中任意两种的组合。
优选的，所述烟草为晾晒烟、烤烟、白肋烟、香料烟、雪茄烟和黄花烟中的至少一种。
优选的，所述无氧条件是指反应体系维持在惰性无氧保护气体环境下。
优选的，所述热解反应的升温速率不低于100℃/s。
优选的，所述热解反应的时间不超过60s。
本发明的有益效果为：
本发明采用贵金属基催化剂，通过催化热解烟草制备富含二烯烟碱的液体产物。在烟草热解过程中，贵金属基催化剂能够显著抑制烟碱的形成，同时大幅促进二烯烟碱的形成。由于二烯烟碱在液体产物中的纯度很高，使其后续分离提纯较为简单。采用负载型的贵金属催化剂，基于载体较大的比表面积、特定的孔结构，有利于贵金属的高度分散从而获得较高的催化活性。此外，本发明的贵金属基催化剂可通过机械分离、焚烧等方法从热解固体残渣中方便地回收，从而可以多次循环使用。
具体实施方式
本发明提供了一种利用贵金属基催化剂催化热解烟草制备二烯烟碱的方法，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
下述实施例中的百分含量如无特殊说明均为质量百分含量。
实施例1
取10g晾晒烟(粒径为0.1-0.3mm)为原料，以活性炭负载10％的金属钯为催化剂(催化剂研磨至粒径为0.2mm左右)，晾晒烟和催化剂的质量比为1∶2，然后将混合物在350℃、氮气氛围下热解15s，获得的液体产物产率为44.2％，通过气相色谱分析其中二烯烟碱的含量，计算得知二烯烟碱的产率为8.3％。
实施例2
取10g晾晒烟(粒径为0.1-0.3mm)为原料，以活性炭负载5％的金属钯为催化剂(催化剂研磨至粒径为0.2mm左右)，晾晒烟和催化剂的质量比为1∶1，然后将混合物在330℃、氮气氛围下热解15s，获得的液体产物产率为42.8％，通过气相色谱分析其中二烯烟碱的含量，计算得知二烯烟碱的产率为6.8％。
实施例3
取10g烤烟(粒径为0.1-0.3mm)为原料，以SBA-15负载5％的铂铑(铂和铑的含量各为2.5％)为催化剂(催化剂研磨至粒径为0.2mm左右)，烤烟和催化剂的质量比为1∶1，然后将混合物在320℃、氮气氛围下热解20s，获得的液体产物产率为39.9％，通过气相色谱分析其中二烯烟碱的含量，计算得知二烯烟碱的产率为6.6％。
实施例4
取10g烤烟(粒径为0.1-0.3mm)为原料，以SBA-15负载5％的金属钯为催化剂(催化剂研磨至粒径为0.2mm左右)，烤烟和催化剂的质量比为1∶2，然后将混合物在340℃、氮气氛围下热解15s，获得的液体产物产率为42.5％，通过气相色谱分析其中二烯烟碱的含量，计算得知二烯烟碱的产率为8.0％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种利用贵金属基催化剂催化热解烟草制备二烯烟碱的方法，首先用载体负载一定量贵金属元素作为贵金属基催化剂，贵金属基催化剂中贵金属的质量百分比为0.5％～10％，所述载体为活性炭或者SBA-15，所述贵金属是钯、铂、铑中的任意一种或者任意两种的组合；然后以烟草为原料，将催化剂与原料按照质量比为(5∶1)～(1∶5)进行机械混合，在无氧条件下，于260～450℃进行热解反应，收集热解气，冷凝得到富含二烯烟碱的液体产物。
2.根据权利要求1所述的一种利用贵金属基催化剂催化热解烟草制备二烯烟碱的方法，其特征在于，所述烟草为晾晒烟、烤烟、白肋烟、香料烟、雪茄烟和黄花烟中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种利用贵金属基催化剂催化热解烟草制备二烯烟碱的方法，其特征在于，所述无氧条件是指反应体系维持在惰性无氧保护气体环境下。
4.根据权利要求1所述的一种利用贵金属基催化剂催化热解烟草制备二烯烟碱的方法，其特征在于，所述热解反应的升温速率不低于100℃/s。
5.根据权利要求1所述的一种利用贵金属基催化剂催化热解烟草制备二烯烟碱的方法，其特征在于，所述热解反应的时间不超过60s。
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