CN110479258A - 一种乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯的高稳定性催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯的高稳定性催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种乙酰丙酸加氢合成γ‑戊内酯的高稳定性催化剂及其制备方法。所述催化剂由活性组分、助剂和载体制备而成;以金属计,活性组分质量百分含量为0.1~5.0%;助剂质量百分含量为0~20%;载体质量百分含量为75.0~99.9%。该催化剂采用沉积沉淀法制备。本发明可实现生物质基乙酰丙酸加氢合成γ‑戊内酯,目标产物的选择性和反应物的转化率均达99.0%以上;催化剂经与反应混合液分离后,可再次使用,具有较高的稳定性。经循环使用20次以后,选择性与转化率无明显下降。该催化剂制备方法简单,所需载体易于得到,且稳定性高,具有成本低,稳定性好,活性和选择性高等优点。

Description

一种乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯的高稳定性催化剂及其制 备方法
技术领域
本发明属于生物质转化技术领域。更具体地,涉及一种乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯的高稳定性催化剂及其制备方法。
背景技术
能源与环境问题是21世纪人类面临的严峻挑战。发展生物质的有效利用,将其转化为可供利用的燃料和化学品,是解决能源环境危机的根本出路之一。γ-戊内酯作为一种生物质基衍生物,可用于制备液体烯烃,还可以合成高品位的燃料戊酸酯、5-壬酮等,同时还用作溶剂和食品添加剂。γ-戊内酯制备方法主要是由乙酰丙酸或其酯通过非均相加氢制得。而乙酰丙酸可由有纤维素、半纤维素及木质素通过生物或化学途径大量制备。乙酰丙酸加氢制备γ-戊内酯的化学关键主要包括两个步骤:(1)乙酰丙酸上的羰基选择性的加氢生成羟基;(2)羟基与与羧基分子内脱水生成内酯。该制备过程显著的特点是反应过程在酸性环境中进行且会生成一定量的水分,从而对催化剂的耐酸性和水热稳定性提出了较高的要求。
Ru基(Ru指钌元素)催化剂目前被认为是最有效的乙酰丙酸加氢催化剂。中国专利文献CN101376650A公开了一种以纤维素水解副产物甲酸为氢源,采用均相钌基催化剂催化制备γ-戊内酯的方法,温度为100~200℃,目标产物的收率达99%。中国专利文献CN105289592A公开了一种采用非均相Ru催化剂催化乙酰丙酸加氢制备γ-戊内酯的方法,其中活性组分质量分数不大于1.5%;在温度50~150℃,1~6MPa下,γ-戊内酯产率可大于99.9%,可重复使用10次以上。世界知识产权组织专利文献WO 02074760 A1和美国专利文献US 20030055270公开了一种生物质基乙酰丙酸在贵金属催化剂作用下制备γ-戊内酯的方法,反应温度200℃以上,压力7~8MPa时,产物收率达96%。另外,也有专利报道采用非贵金属催化剂方法制备γ-戊内酯。中国专利文献CN 101733123 A公开了一种负载型镍或者铜为催化剂制备γ-戊内酯的方法;其中,活性组分负载量为10~70%,压力1~10MPa,温度140~200℃,反应36h,产物的转化率达到86%,γ-戊内酯的选择性达到99%以上。
基于上述分析,以Ru基催化剂为核心的乙酰丙酸加氢制γ-戊内酯催化剂,其工艺面临的主要问题是反应条件苛刻,催化剂稳定性差,不易于大规模的生产。而对于非贵金属催化剂,由于原料本身的酸性,造成活性组分流失,稳定性较差,效益低。
发明内容
本发明的首要目的是克服上述现有技术中的不足,提供一种乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯的高稳定性催化剂。
本发明另一目的是提供上述乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯的高稳定性催化剂的制备方法。
本发明再一目的是提供采用上述高稳定性催化剂制备γ-戊内酯的方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现:
一种乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯的高稳定性催化剂,所述催化剂由活性组分、助剂和载体制备而成;以金属计,活性组分质量百分含量为0.1~5.0%;助剂质量百分含量为0~20%;载体质量百分含量为75.0~99.9%;
所述活性组分为钌、镍或铜中的一种或几种;
所述助剂为Fe或Sn。
优选地,以金属计,活性组分质量百分含量为0.5~2.0%;助剂质量百分含量为5.0~20%;载体质量百分含量为78.0~94.5%。
优选地,所述载体的原料采用蒙脱土、蛭石、硅藻土或凹凸棒中的一种或几种制备而成。
更优选地,所述载体的原料采用蒙脱土或蛭石中的至少一种制备而成。
进一步优选地,所述载体由以下方法制备而成:将载体原料在一定浓度的酸液中充分分散,95~100℃油浴条件下持续搅拌,静置;将所得固体样品分散到一定浓度的钠盐溶液,充分搅拌,加入有机季铵盐的溶液,充分反应,洗涤、离心分离,得到催化剂载体。
更进一步优选地,所述载体原料与酸液的质量体积比1g:10~15mL。
更进一步优选地,持续搅拌4~8h,静置3~24h。加入一定浓度的钠盐溶液,充分搅拌1~5h。
更进一步优选地,所用的酸为浓度为0.1~5mol/L的盐酸、硝酸、醋酸或磷酸,其浓度更优选为0.5~1.0mol/L。
更进一步优选地,所用的钠盐溶液为浓度为0.1~2mol/L的碳酸钠、硫酸钠、氯化钠、硝酸钠、磷酸钠、醋酸钠或溴化钠,优先选择浓度为0.5~1mol/L的溶液。
更进一步优选地,所述有机季铵盐溶液为浓度为0.01~1mol/L,选择浓度为0.05~1mol/L的溶液;所用的有机季铵盐为C6~C18的烷基溴化铵或氯化铵,更优选为C8~C12的有机季铵盐。如己烷基溴化铵、十八烷基溴化铵、十二烷基氯化铵、十三烷基氯化铵等。
本发明还提供了所述高稳定性催化剂的制备方法,采用吸附沉淀法制备,包括以下步骤:
S1.按配比,将所述活性组分、助剂的可溶性盐配成混合溶液;
S2.向S1.混合溶液中加入载体,搅拌1~24h;加入碱性沉淀剂溶液调节pH=9~10,持续搅拌0.5~24h,静置过夜,抽滤,再用去离子水洗涤,干燥,经焙烧后还原,即得所述高稳定性催化剂。
优选地,所述碱性沉淀剂溶液为浓度为0.05~2mol/L的氨水、尿素溶液、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾或碳酸钠溶液。
更优选地,所述碱性沉淀剂溶液为氨水或尿素溶液;所述碱性沉淀剂溶液为浓度为1~2mol/L。
优选地,焙烧气氛为氩气或空气。
优选地,焙烧温度为100~800℃,焙烧时间为1~14h。
更优选地,焙烧温度为600~750℃,焙烧时间为3~7h。
优选地,还原剂为氢气、氢气与氩气的混合气、硼氢化钠或乙二醇。
优选地,还原温度为20~700℃,还原时间为0.5~15h。
更优选地,还原温度为50~600℃,还原时间为3~8h。
更进一步优选地,还原温度为180~600℃。
优选地,所述干燥的条件为60~120℃干燥3~4h。
本发明还提供了采用上述高稳定性催化剂制备γ-戊内酯的方法,包括如下步骤:
在所述高稳定性催化剂存在的条件下,将反应溶剂与乙酰丙酸和/或乙酰丙酸甲酯混合,通入氢气进行加氢反应,反应完毕得到所述γ-戊内酯。
优选地,所述反应溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇或丙酮中的一种或几种。
优选地,加氢反应的温度为80~150℃,反应压力为1~6MPa。
更优选地,加氢反应的温度为100~130℃,反应压力为2~4MPa。
优选地,反应器为间歇式或连续式反应器。
优选地,所述反应溶剂的质量分数为10%~80%,且所述反应溶剂的质量百分数不为0;所述乙酰丙酸和/或乙酰丙酸甲酯的质量分数为20%~90%;所述高稳定性酯催化剂的用量为所述乙酰丙酸或乙酰丙酸甲酯质量的1%~20%。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明γ-戊内酯催化剂采用沉积沉淀法制备,可实现生物质基乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯,目标产物的选择性和反应物的转化率均达99.0%以上;催化剂经与反应混合液分离后,可再次使用,具有较高的稳定性。经循环使用20次以后,催化剂的选择性与转化率无明显下降。该催化剂制备方法简单,所需载体易于得到,且稳定性高,具有成本低,稳定性好,活性和选择性高等优点。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明,但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明,以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1催化剂载体A制备
将200目以上的蒙脱土按1g:10mL比例与浓度为0.1mol/L硝酸溶液混合,置于95℃油浴锅中搅拌4h后取出,静置3h,待温度降至室温后抽滤、洗涤;将所得固体样品分散到浓度为0.5mol/L的碳酸钠溶液中,充分搅拌1h;加入浓度为0.05mol/L的己烷基溴化铵溶液,充分反应,洗涤、离心分离,得到催化剂载体A。
实施例2催化剂载体B制备
将200目以上的蛭石按1g:10mL比例与浓度为1.0mol/L盐酸溶液混合,置于95℃油浴锅中搅拌8h后取出,静置24h,待温度降至室温后抽滤、洗涤;将所得固体样品分散到浓度为1mol/L的硫酸钠溶液中,搅拌1h;加入浓度为1mol/L的十八烷基溴化铵溶液,充分反应,洗涤、离心分离,得到催化剂载体B。
实施例3催化剂载体C制备
将200目以上的蒙脱土与凹凸棒的混合物,按1g:10mL比例与浓度为0.8mol/L醋酸溶液混合,置于95℃油浴锅中搅拌4h后取出,静置3h,待温度降至室温后抽滤、洗涤;将所得固体样品分散到浓度为0.5mol/L的碳酸钠溶液中,搅拌1h;加入浓度为0.05mol/L的己烷基溴化铵溶液,充分反应,洗涤、离心分离,得到催化剂载体C。
实施例4催化剂载体D制备
将200目以上的蒙脱土与凹凸棒的混合物,按1g:10mL比例与浓度为0.8mol/L磷酸溶液混合,置于95℃油浴锅中搅拌4h后取出,静置3h,待温度降至室温后抽滤、洗涤;将所得固体样品分散到浓度为0.5mol/L的硝酸钠溶液中,搅拌1h;加入浓度为0.05mol/L的十二烷基氯化铵溶液,充分反应,洗涤、离心分离,得到催化剂载体D。
实施例5催化剂载体E制备
将200目以上的蒙脱土与凹凸棒的混合物,按1g:10mL比例与浓度为0.8mol/L磷酸溶液混合,置于95℃油浴锅中搅拌4h后取出,静置3h,待温度降至室温后抽滤、洗涤;将所得固体样品分散到浓度为0.5mol/L的碳酸钠溶液中,搅拌1h;加入浓度为0.05mol/L的十二烷基氯化铵溶液,充分反应,洗涤、离心分离,得到催化剂载体E。
实施例6催化剂载体F制备
将200目以上的蛭石与凹凸棒的混合物,按1g:10mL比例与浓度为0.1mol/L磷酸溶液混合,置于95℃油浴锅中搅拌4h后取出,静置7h,待温度降至室温后抽滤、洗涤;将所得固体样品分散到浓度为0.5mol/L的醋酸钠溶液中,搅拌1h;加入浓度为0.08mol/L的十三烷基氯化铵溶液,充分反应,洗涤、离心分离,得到催化剂载体F。
实施例7催化剂载体G制备
将200目以上的蛭石按1g:10mL比例与浓度为1.0mol/L盐酸溶液混合,置于95℃油浴锅中搅拌8h后取出,静置24h,待温度降至室温后抽滤、洗涤;将所得固体样品分散到浓度为1mol/L的硫酸钠溶液中,搅拌1h,洗涤、离心分离,得到催化剂载体G。
实施例8催化剂1的制备和测试
1、催化剂1的制备
将60mg三氯化钌溶于30mL去离子水,然后加入5g上述载体A,继续搅拌2h;再加入1mol/L氢氧化钠溶液调节pH=9~10,持续搅拌4h,静置过夜;抽滤,去离子水洗涤,60℃干燥4h,600℃焙烧7h后,在温度400℃氢气气氛中还原2h,得到催化剂1。
2、催化剂性能测试
向高压反应釜中加入5g乙酰丙酸、20mL水和上述100mg催化剂1,将高压反应釜密封,吹扫后,充入氢气压力至3.0MPa,反应温度为70℃进行加氢反应,反应结束后冷却至室温,缓慢减压至大气压力。对反应釜内的混合物取样,采用气相色谱分析,乙酰丙酸的转化率达到99%。γ-戊内酯的选择性99%。
3、催化剂循环使用性能
对上述使用后的催化剂1进行离心分离,再次加入高压反应釜中,在与实施例8相同的条件下再次进行催化剂性能评价,连续循环使用20次,其结果如表1所示。
实施例9催化剂2的制备和测试
1、催化剂2的制备
将70mg硝酸镍溶于50mL蒸馏水中,然后加入4g上述载体B,继续搅拌4h;再加入2mol/L尿素溶液调节pH=9~10,持续搅拌2h,静置过夜;抽滤,去离子水洗涤,120℃干燥3h,750℃焙烧3h后,在温度400℃氢气气氛中还原2h,得到催化剂2。
2、催化剂性能测试
在高压反应釜中加入5g乙酰丙酸、20mL甲醇和上述100mg催化剂2,将高压反应釜密封,吹扫后,充入氢气压力至3.0MPa,温度为150℃进行加氢反应,反应结束后冷却至室温,缓慢减压至大气压力。对反应釜内的混合物取样,采用气相色谱分析,乙酰丙酸的转化率达到95%。γ-戊内酯的选择性97%。
实施例10催化剂3的制备和测试
1、催化剂3的制备
将80mg硝酸铜溶于50mL蒸馏水中,然后加入3g上述载体C,继续搅拌6h;再加入1mol/L氨水调节pH=9~10,持续搅拌2h,静置过夜;抽滤,去离子水洗涤,120℃干燥3h,800℃焙烧1h后,20℃加入硼氢化钠进行还原反应,得到催化剂3。
2、催化剂性能测试
在高压反应釜中加入5g乙酰丙酸、20mL乙醇和上述100mg催化剂3,将高压反应釜密封,吹扫后,充入氢气压力至5.0MPa,温度为150℃进行加氢反应,反应结束后冷却至室温,缓慢减压至大气压力。对反应釜内的混合物取样,采用气相色谱分析,乙酰丙酸的转化率达到90%。γ-戊内酯的选择性98%。
实施例11催化剂4的制备和测试
1、催化剂4的制备
将60mg三氯化钌和60mg硝酸镍溶于50mL丙酮中,然后加入3g上述载体D,继续搅拌6h;再加入氨水调节pH=9~10,持续搅拌0.5h,静置过夜;抽滤,去离子水洗涤,120℃干燥3h,600℃焙烧3h后,在温度500℃氢气气氛中还原2h,得到催化剂4。
2、催化剂性能测试
在高压反应釜中加入5g乙酰丙酸甲酯、20mL水和上述100mg催化剂4,将高压反应釜密封,吹扫后,充入氢气压力至3.0MPa,温度为60℃进行加氢反应,反应结束后冷却至室温,缓慢减压至大气压力。对反应釜内的混合物取样,采用气相色谱分析,乙酰丙酸的转化率达到95%。γ-戊内酯的选择性99%。
3、催化剂循环使用性能
对上述使用后的催化剂4进行离心分离,再次加入高压反应釜中,在与实施例11相同的条件下再次进行催化剂性能评价,连续循环使用20次,其结果如表1所示。
实施例12催化剂5的制备和测试
1、催化剂5的制备
将40mg三氯化钌和60mg硝酸铁溶于50mL蒸馏水中,然后加入3g上述载体E,继续搅拌6h;再加入氨水调节pH=9~10,静置过夜;抽滤,去离子水洗涤,120℃干燥3h,600℃焙烧3h后,在温度500℃氢气与氩气混合气氛中还原2h,得到催化剂5。
2、催化剂性能测试
向高压反应釜中加入5g乙酰丙酸甲酯、30mL甲醇和上述100mg催化剂5,将高压反应釜密封,吹扫后,充入氢气压力至3.0MPa,温度为80℃进行加氢反应,反应结束后冷却至室温,缓慢减压至大气压力。对反应釜内的混合物取样,采用气相色谱分析,乙酰丙酸的转化率达到99%。γ-戊内酯的选择性99.5%。
实施例13催化剂6的制备和测试
1、催化剂6的制备
将60mg三氯化钌和60mg草酸亚锡溶于50mL蒸馏水中,然后加入3g上述载体F,继续搅拌6h;再加入氨水调节pH=9~10,静置过夜;抽滤,去离子水洗涤,120℃干燥3h,750℃焙烧3h后,180℃乙二醇中还原2h,得到催化剂6。
2、催化剂性能测试
向高压反应釜中加入3g乙酰丙酸甲酯和3g乙酰丙酸、30mL甲醇和上述100mg催化剂6,将高压反应釜密封,吹扫后,充入氢气压力至3.0MPa,温度为60℃进行加氢反应,反应结束后冷却至室温,缓慢减压至大气压力。对反应釜内的混合物取样,采用气相色谱-质谱联用分析,反应后的溶液中未反应的底物全部转化为乙酰丙酸甲酯,γ-戊内酯的选择性99.5%。
3、催化剂循环使用性能
对上述使用后的催化剂6进行离心分离,再次加入高压反应釜中,在与实施例13相同的条件下再次进行催化剂性能评价试验,循环使用4次,其结果如表1所示。
实施例14催化剂7的制备和测试
1、催化剂7的制备
将80mg硝酸镍和60mg草酸亚锡溶于50mL蒸馏水中,然后加入3g上述载体F,继续搅拌6h;再加入氨水调节pH=9~10,静置过夜;抽滤,去离子水洗涤,120℃干燥3h,750℃焙烧3h后,在温度200℃氢气与氩气混合气氛中还原15h,得到催化剂7。
2、催化剂性能测试
向高压反应釜中加入5g乙酰丙酸甲酯、30mL甲醇和上述100mg催化剂7,将高压反应釜密封,吹扫后,充入氢气压力至5.0MPa,温度为130℃进行加氢反应,反应结束后冷却至室温,缓慢减压至大气压力。对反应釜内的混合物取样,采用气相色谱分析,乙酰丙酸甲酯的转化率达到96%。γ-戊内酯的选择性98%。
实施例15催化剂8的制备和测试
1、催化剂8的制备
将30mg三氯化钌、40mg硝酸镍、30mg草酸亚锡溶于50mL蒸馏水中,然后加入3g上述载体B,继续搅拌12h;再加入氨水调节pH=9~10,静置过夜;抽滤,去离子水洗涤,120℃干燥3h,750℃焙烧3h后,在温度700℃氢气与氩气混合气氛中还原0.5h,得到催化剂8。
2、催化剂性能测试
取上述50mg催化剂8,在固定床中进行催化剂活性评价,在氢气气氛中由室温升高到400℃,升温速率为1℃/min,保持2h;然后降至130℃,反应压力3.5MPa,原料为乙酰丙酸甲酯,空速5h-1。连续反应400h后,乙酰丙酸甲酯的转化率99%,γ-戊内酯的选择性99.5%。
实施例16催化剂9的制备和测试
1、催化剂9的制备
将60mg三氯化钌和60mg硝酸镍溶于50mL丙酮中,然后加入3g上述载体G,继续搅拌6h;再加入氨水调节pH=9~10,静置过夜;抽滤,去离子水洗涤,120℃干燥3h,750℃焙烧3h后,在温度500℃氢气气氛中还原2h,得到催化剂9。
2、催化剂性能测试
在高压反应釜中加入5g乙酰丙酸甲酯、20mL水和上述100mg催化剂9,将高压反应釜密封,吹扫后,充入氢气压力至3.0MPa,温度为150℃进行加氢反应,反应结束后冷却至室温,缓慢减压至大气压力。对反应釜内的混合物取样,采用气相色谱分析,乙酰丙酸的转化率达到96%。γ-戊内酯的选择性99%。
3、催化剂循环使用性能
对上述使用后的催化剂9进行离心分离,再次加入高压反应釜中,在与实施例16相同的条件下再次进行催化剂性能评价试验,循环使用4次,其结果如表1所示。
表1催化剂1、4、6、9的重复使用性能
实施例8~15的催化剂活性评价的结果说明,采用本发明方法制备的催化剂,在乙酰丙酸加氢反应中呈现出了优异的催化活性和选择性,其中由表1结果结合实施例16的结果说明,采用本发明方法制备的催化剂,具有优异的稳定性。
以上具体实施方式为便于理解本发明而说明的较佳实施例,但本发明并不局限于上述实施例,即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯的高稳定性催化剂,其特征在于,所述催化剂由活性组分、助剂和载体制备而成;以金属计,活性组分质量百分含量为0.1~5.0%;助剂质量百分含量为0~20%;载体质量百分含量为75.0~99.9%;
所述活性组分为钌、镍或铜中的一种或几种;
所述助剂为Fe或Sn。
2.根据权利要求1所述的高稳定性催化剂,其特征在于,以金属计,活性组分质量百分含量为0.5~2.0%;助剂质量百分含量为5.0~20%;载体质量百分含量为78.0~94.5%。
3.根据权利要求1所述的高稳定性催化剂,其特征在于,所述载体的原料采用蒙脱土、蛭石、硅藻土或凹凸棒中的一种或几种制备而成。
4.根据权利要求3所述的高稳定性催化剂,其特征在于,所述载体的原料采用蒙脱土或蛭石中的至少一种制备而成。
5.根据权利要求3所述的高稳定性催化剂,其特征在于,所述载体由以下方法制备而成:
将载体原料在一定浓度的酸液中充分分散,95~100℃油浴条件下持续搅拌,静置;将所得固体样品分散到一定浓度的钠盐溶液,充分搅拌,加入有机季铵盐的溶液,充分反应,洗涤、离心分离,得到催化剂载体;其中所述载体原料与酸液的质量体积比1g:10~15mL。
6.根据权利要求5所述的高稳定性催化剂,其特征在于,所用的酸为浓度为0.1~5mol/L的盐酸、硝酸、醋酸或磷酸,其浓度优选为0.5~1.0mol/L;
所用的钠盐溶液为浓度为0.1~2mol/L的碳酸钠、硫酸钠、氯化钠、硝酸钠、磷酸钠、醋酸钠或溴化钠;
所述有机季铵盐溶液为浓度为0.01~1mol/L,所用的有机季铵盐为C6~C18的烷基溴化铵或氯化铵,优选为C8~C12的有机季铵盐。
7.权利要求1~6任一所述高稳定性催化剂的制备方法,其特征在于,采用吸附沉淀法制备,包括以下步骤:
S1.按配比,将所述活性组分、助剂的可溶性盐配成混合溶液;
S2.向S1.混合溶液中加入载体,搅拌1~24h;加入碱性沉淀剂溶液调节pH=9~10,持续搅拌0.5~24h,静置过夜,抽滤,再用去离子水洗涤,干燥,经焙烧后还原,即得所述高稳定性催化剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述碱性沉淀剂溶液为浓度为0.05~2mol/L的氨水、尿素溶液、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾或碳酸钠溶液;
焙烧气氛为氩气或空气,焙烧温度为100~800℃,焙烧时间为1~14h;还原剂为氢气、氢气与氩气的混合气、硼氢化钠或乙二醇,还原温度为20~700℃,还原时间为0.5~15h。
9.一种采用权利要求1~6任一所述高稳定性催化剂制备γ-戊内酯的方法,其特征在于,包括如下步骤:
在权利要求1~6任一所述催化剂存在的条件下,将反应溶剂与乙酰丙酸和/或乙酰丙酸甲酯混合,通入氢气进行加氢反应,反应完毕得到所述γ-戊内酯。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述反应溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇或丙酮中的一种或几种;加氢反应的温度为80~150℃,反应压力为1~6MPa,反应器为间歇式或连续式反应器。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111229315A (zh) * 2020-01-21 2020-06-05 浙江师范大学 一种用于3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙醇合成的催化剂及其制备和应用
CN111848553A (zh) * 2020-07-29 2020-10-30 湘潭大学 一种钴基加氢催化剂催化合成γ-戊内酯的方法
CN112266372A (zh) * 2020-11-10 2021-01-26 安徽华业香料合肥有限公司 一种δ-己内酯合成香料的生产装置和方法
CN114100615A (zh) * 2020-08-31 2022-03-01 中国石油化工股份有限公司 碳四馏分选择加氢催化剂及其制备方法
CN115282959A (zh) * 2022-07-26 2022-11-04 万华化学集团股份有限公司 一种碳纳米管负载的Ru-Nb-Ce三金属催化剂、方法及其在制备椰子醛中的应用
CN116459846A (zh) * 2023-05-09 2023-07-21 中国科学院兰州化学物理研究所 一种羟基酯加氢纳米Cu基催化剂及其制备方法与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101733123A (zh) * 2009-12-07 2010-06-16 中国科学院山西煤炭化学研究所 由乙酰丙酸制备γ-戊内酯的耐酸催化剂及制法和应用
CN103193736A (zh) * 2013-03-30 2013-07-10 浙江工业大学 一种催化加氢合成γ-戊内酯的方法
CN105289592A (zh) * 2015-11-19 2016-02-03 中科合成油技术有限公司 催化乙酰丙酸加氢制备γ-戊内酯的方法
CN109485621A (zh) * 2018-11-30 2019-03-19 中国科学技术大学 一种生产伽马戊内酯的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101733123A (zh) * 2009-12-07 2010-06-16 中国科学院山西煤炭化学研究所 由乙酰丙酸制备γ-戊内酯的耐酸催化剂及制法和应用
CN103193736A (zh) * 2013-03-30 2013-07-10 浙江工业大学 一种催化加氢合成γ-戊内酯的方法
CN105289592A (zh) * 2015-11-19 2016-02-03 中科合成油技术有限公司 催化乙酰丙酸加氢制备γ-戊内酯的方法
CN109485621A (zh) * 2018-11-30 2019-03-19 中国科学技术大学 一种生产伽马戊内酯的方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEI WANG ET AL.: "Promoted catalytic performance of Ni-SBA-15 catalysts by modifying with Fe and Cu for hydrogenation of levulinic acid to gamma-valerolactone", 《REAC KINET MECH CAT》, vol. 124, 24 January 2018 (2018-01-24), XP036485951, DOI: 10.1007/s11144-018-1346-8 *
STEPHANIE G. WETTSTEIN ET AL.: "RuSn bimetallic catalysts for selective hydrogenation of levulinic acid to γ-valerolactone", 《APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL》 *
STEPHANIE G. WETTSTEIN ET AL.: "RuSn bimetallic catalysts for selective hydrogenation of levulinic acid to γ-valerolactone", 《APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL》, vol. 117, 5 February 2012 (2012-02-05), pages 322 *
韩燕絮等: "有机改性蛭石制备及其负载Ru催化性能研究", 《矿产保护与利用》 *
韩燕絮等: "有机改性蛭石制备及其负载Ru催化性能研究", 《矿产保护与利用》, no. 1, 28 February 2018 (2018-02-28), pages 124 - 125 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111229315A (zh) * 2020-01-21 2020-06-05 浙江师范大学 一种用于3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙醇合成的催化剂及其制备和应用
CN111229315B (zh) * 2020-01-21 2022-12-27 浙江师范大学 一种用于3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙醇合成的催化剂及其制备和应用
CN111848553A (zh) * 2020-07-29 2020-10-30 湘潭大学 一种钴基加氢催化剂催化合成γ-戊内酯的方法
CN114100615A (zh) * 2020-08-31 2022-03-01 中国石油化工股份有限公司 碳四馏分选择加氢催化剂及其制备方法
CN114100615B (zh) * 2020-08-31 2023-08-11 中国石油化工股份有限公司 碳四馏分选择加氢催化剂及其制备方法
CN112266372A (zh) * 2020-11-10 2021-01-26 安徽华业香料合肥有限公司 一种δ-己内酯合成香料的生产装置和方法
CN115282959A (zh) * 2022-07-26 2022-11-04 万华化学集团股份有限公司 一种碳纳米管负载的Ru-Nb-Ce三金属催化剂、方法及其在制备椰子醛中的应用
CN115282959B (zh) * 2022-07-26 2024-02-27 万华化学集团股份有限公司 一种碳纳米管负载的Ru-Nb-Ce三金属催化剂、方法及其在制备椰子醛中的应用
CN116459846A (zh) * 2023-05-09 2023-07-21 中国科学院兰州化学物理研究所 一种羟基酯加氢纳米Cu基催化剂及其制备方法与应用
CN116459846B (zh) * 2023-05-09 2024-03-26 中国科学院兰州化学物理研究所 一种羟基酯加氢纳米Cu基催化剂及其制备方法与应用

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