CN106928167A - 一种利用氢转移反应催化糠醛制备糠醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用氢转移反应催化糠醛制备糠醇的方法，该方法以低碳醇作为溶剂和氢源，以锆类化合物作为催化剂，在低碳醇中常压氮气气氛条件下催化糠醛转移加氢反应制备糠醇，反应温度为140～180℃，反应时间0.5～3.5h；本发明方法工艺简单，反应条件温和，生产能耗低，生产难度低，操作安全性高，绿色、安全、成本低，且糠醛转化率最高达100％，糠醇收率最高可达98％以上，利于推广。

Description

一种利用氢转移反应催化糠醛制备糠醇的方法
技术领域：
本发明涉及糠醇合成技术领域，具体涉及一种利用氢转移反应催化糠醛制备糠醇的方法。
背景技术：
糠醇作为一种重要的有机化工原料，主要用于生产糠醛树脂、呋喃树脂、糠醇-尿醛树脂、酚醛树脂等，同时也可用于制备果酸、增塑剂、溶剂和火箭燃料等。此外，糠醇在染料、合成纤维、橡胶、农药和铸造等方面也有广泛的用途。
当前，糠醇的生产工艺包括液相加氢和气相加氢两类，其催化过程主要使用铜基催化剂、合金催化剂以及贵金属催化剂。CN 105498788 A公开了一种负载型铜基催化剂制备方法，所用载体包括Cr2O3、SiO2和La2O3，并应用于糠醛液相加氢制备糠醇。CN 101423505A公开了一种糠醛气相加氢制糠醇的催化剂及制备方法，经CuO/MgO催化糠醛可完全转化，其中糠醇选择性达到98％以上。CN 105348234 A公开了一种负载铂的氮掺杂石墨烯材料催化糠醛水相加氢，产物糠醇收率可达99％。虽然上述制备方法可有效地将糠醛转化为糠醇，但均需要在氢气环境下进行，且反应过程氢压和温度较高。CN 105399705 A则提供了一种氢转移反应制备糠醇的方法，该工艺不需要高压氢气、反应条件相对较温和，且反应体系对设备要求不高，在非均相掺氮铁系催化剂作用下糠醇最高收率约77.1％。但是上述掺氮铁系催化剂制备方法较复杂、反应活性低且生产成本较高，因此开发高效、廉价的催化材料用于糠醛制备糠醇仍是当前研究的重点。
发明内容：
本发明的目的是提供一种利用氢转移反应催化糠醛制备糠醇的方法，该方法以锆类化合物作为催化剂，在低碳醇中催化糠醛转移加氢制备糠醇，催化剂制备过程简单、反应活性高、反应条件温和、生产成本低以及生产安全性高，解决了现有技术氢转移反应催化糠醛制备糠醇的方法中存在的催化剂活性不高的问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种利用氢转移反应催化糠醛制备糠醇的方法，该方法以低碳醇作为溶剂和氢源，以锆类化合物作为催化剂，在低碳醇中常压氮气气氛条件下催化糠醛转移加氢反应制备糠醇，反应温度为140～180℃，反应时间0.5～3.5h；所述的低碳醇选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的任一种；所述锆类化合物选自氢氧化锆、氧化锆(ZrO2-x，其中x为煅烧温度，范围在350～750℃)或四方相氧化锆(t-ZrO2)中的任一种；所述氧化锆(ZrO2-x，其中x为煅烧温度)为氢氧化锆在350～750℃进行焙烧得到的产物；所述四方相氧化锆(t-ZrO2)为硝酸氧锆在120℃下烘12h，随后在400℃下焙烧3h得到的产物；所述糠醛的质量浓度为5.0～76.8mg/mL，催化剂锆类化合物相对于糠醛的质量用量为39.1～73.8％。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所使用的催化剂锆类化合物成本低廉、制备方法简单、反应活性高以及可重复利用。
2.本发明中低级醇既用作反应溶剂，又作为供氢体取代高压氢气用作氢源，反应初始压力降为常压，反应条件更温和，糠醛转化率最高达100％且糠醇收率最高可达98％以上。
总之，本发明方法工艺简单，反应条件温和，生产能耗低，生产难度低，操作安全性高，绿色、安全、成本低，且糠醛转化率最高达100％，糠醇收率最高可达98％以上，利于推广。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
制备实施例1：氢氧化锆的制备
将浓氨水逐滴加入氧氯化锆水溶液中至体系pH达到9～10，沉淀物老化24h，并用乙醇反复洗涤，随后沉淀物在120℃下烘12h得到氢氧化锆(Zr(OH)4)。
制备实施例2：氧化锆的制备
将制备实施例1中得到的Zr(OH)4在350～750℃进行焙烧制得氧化锆(ZrO2-x，其中x为煅烧温度)。
制备实施例3：四方相氧化锆的制备
取一定量硝酸氧锆在120℃下烘12h，随后在400℃下焙烧3h，得到四方相氧化锆(t-ZrO2)。
实施例1：
将质量浓度为7.68mg/mL的底物糠醛、15mL作为溶剂和氢源的异丙醇依次加入到反应釜中，随后加入相对于底物的质量用量在65.1％的Zr(OH)4催化剂，氮气吹扫3次，反应温度150℃、反应时间2.5h，反应后将反应釜置于冰水中快速降温，有机膜过滤分离催化剂，反应液经0.22微米滤膜过滤后由气相色谱进行检测分析，糠醛转化率与糠醇收率最高分别为95.7％和92.0％，参见表1。
气相色谱分析条件如下：
色谱分析柱：KB-5毛细管柱(30.0m×0.32μm×0.25μm)；
进样体积：0.2μL；
载气：N2，75mL/min；
检测程序：进样口温度220℃，柱箱初始温度50℃(3min)，升温速率10℃/min，155℃(0.5min)。
实施例2-5：
参考实施例1，不同之处在于采用的催化剂不同，分别为ZrO2-350、ZrO2-550、ZrO2-750、t-ZrO2催化剂，参见表1，糠醛转化率与糠醇收率也参见表1。
实施例6-7：
参考实施例1，不同之处在于采用的催化剂不同，为t-ZrO2催化剂，且用甲醇或乙醇代替异丙醇，糠醛转化率与糠醇收率也参见表1。
实施例8-9：
参考实施例1，不同之处在于用正丁醇或异丁醇代替异丙醇，糠醛转化率与糠醇收率也参见表1。
实施例10-23：
参考实施例1，不同之处在于糠醛浓度不同或催化剂不同或催化剂用量不同或反应温度不同或反应时间不同，具体参见表1，糠醛转化率与糠醇收率也参见表1。
表1

Claims (1)

1.一种利用氢转移反应催化糠醛制备糠醇的方法，其特征在于，该方法以低碳醇作为溶剂和氢源，以锆类化合物作为催化剂，在低碳醇中常压氮气气氛条件下催化糠醛转移加氢反应制备糠醇，反应温度为140～180℃，反应时间0.5～3.5h；所述的低碳醇选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的任一种；所述锆类化合物选自氢氧化锆、ZrO2-x或t-ZrO2中的任一种；所述ZrO2-x为氢氧化锆在350～750℃进行焙烧得到的产物，其中x为煅烧温度；所述t-ZrO2为硝酸氧锆在120℃下烘12h，随后在400℃下焙烧3h得到的产物；所述糠醛的质量浓度为5.0～76.8mg/mL，催化剂锆类化合物相对于糠醛的质量用量为39.1～73.8％。
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