CN112076744B - 一种乙醇酸甲酯催化剂的制备及应用 - Google Patents

一种乙醇酸甲酯催化剂的制备及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种乙醇酸甲酯催化剂的制备及应用,属于催化剂制备技术领域。本发明合成了以二氧化硅为载体,在载体表面负载高度分散的纳米钯,得到性能优异的催化剂,并将催化剂用于草酸二甲酯选择加氢制备乙醇酸甲酯,得到较好的催化效果。合成的二氧化硅基钯催化剂用于催化氢气和草酸二甲酯合成乙醇酸甲酯,反应的转化率达98%以上,乙醇酸甲酯选择性高于95%,因此本发明制备的二氧化硅基钯催化剂是一种转化率和选择性均优良的催化剂。

Description

一种乙醇酸甲酯催化剂的制备及应用
技术领域
本发明涉及一种乙醇酸甲酯催化剂的制备及应用,属于催化剂制备技术领域。
背景技术
乙醇酸甲酯由于兼具醇和酯的化学性质,广泛应用于化工、医药、材料等领域,引起了研究者的关注。多种生成乙醇酸甲酯的方法已有报道,但反应条件严苛,产量较低以及对依赖石油资源等缺点限制了它们的发展。相比而言,草酸二甲酯部分加氢制乙醇酸甲酯凭借着简单的工艺,较低的成本以及环保的优势,最具发展前景。
许多过渡金属已经作为催化剂被应用于草酸二甲酯部分加氢制乙醇酸甲酯体系。其中,Ag基催化剂的性能最为优越。目前,研究者们对该体系Ag催化剂的研究,主要集中在用介孔二氧化硅材料代替传统的SiO2载体和添加助剂促使形成高分散的有电子缺陷的Ag活性中心两个方向。本文合成了以二氧化硅为载体,在载体表面负载高度分散的纳米钯,得到性能优异的催化剂,并将催化剂用于草酸二甲酯选择加氢制备乙醇酸甲酯,得到较好的催化效果。
有鉴于上述的缺陷,本设计人,积极加以研究创新,以期创设一种乙醇酸甲酯催化剂的制备及应用,使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种乙醇酸甲酯催化剂的制备及应用。
本发明的一种乙醇酸甲酯催化剂的制备方法,具体制备步骤为:
(1)前驱体的制备
将纳米二氧化硅和含磷化合物、质量分数为25%氨水加入去离子水中,油浴加热,自然冷却至室温后,抽滤并将滤饼水洗至洗涤水至中性,最后,重新将滤饼分散在去离子水中,制备成混合液A,备用;
(2)催化剂的制备
取氯化钯加入到质量分数为1%盐酸中,搅拌下升温至70℃,恒温处理1h,得到混合液B,备用;在搅拌下,将混合液A升温至95℃,并在恒温情况下,在3h内,将混合液B逐滴缓慢滴加到混合液A中,滴加完毕继续反应2h,然后自然降温至60℃以下,将反应液进行抽滤、水洗,干燥,将干燥后的物料,在马弗炉中在450℃下焙烧4h,粉碎至10~20目,得乙醇酸甲酯催化剂成品;
进一步的,所述步骤(1)中,含磷化合物为次亚磷酸盐、亚磷酸盐、亚磷酸、亚磷酸酯中的任意一种。
进一步的,所述步骤(1)中,油浴加热的温度为95~99℃,油浴加热的时间为3~8h。
进一步的,所述步骤(2)中,干燥的方式为,先在80℃下干燥4h,再在120℃下干燥12h。
进一步的,所述步骤(2)中,在马弗炉中焙烧的温度为450℃,焙烧的时间为4h。
乙醇酸甲酯的合成方法,以草酸二甲酯为原料,在所述催化剂存在下反应制得乙醇酸甲酯。
进一步的,具体合成步骤为:
取催化剂,装填于DN14mmH400mm反应器中部,反应器下方用20mL10目石英砂封底,反应器上方用20mL10目石英砂封口,催化剂先活化8h,然后反应得到反应液,即为乙醇酸甲酯。
进一步的,所述活化条件为常压、氢气流量为300mL/min、温度为350℃。
进一步的,合成反应的条件为进料量为0.1mL/min、气化温度为180℃,反应温度为200℃、氢气流量为600mL/min、压力为2.5Mpa。
借由上述方案,本发明至少具有以下优点:
本发明合成了以二氧化硅为载体,在载体表面负载高度分散的纳米钯,得到性能优异的催化剂,并将催化剂用于草酸二甲酯选择加氢制备乙醇酸甲酯,得到较好的催化效果。合成的二氧化硅基钯催化剂用于催化氢气和草酸二甲酯合成乙醇酸甲酯,反应的转化率达98%以上,乙醇酸甲酯选择性高于95%,因此本发明制备的二氧化硅基钯催化剂是一种转化率和选择性均优良的催化剂。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
一种乙醇酸甲酯催化剂的制备及应用,包括以下步骤:
1、前驱体的制备
将纳米二氧化硅、和含磷化合物、质量分数为25%氨水加入去离子水中,在95~99℃条件下油浴加热3~8h,自然冷却至室温后,抽滤并将滤饼水洗至洗涤水至中性,最后,重新将滤饼分散在去离子水中,制备成混合液A,备用;
所述含磷化合物为次亚磷酸盐或亚磷酸盐或亚磷酸或亚磷酸酯中的任意一种;
2、催化剂的制备
取氯化钯加入到质量分数为1%盐酸中,搅拌下升温至70℃,恒温处理1h,得到混合液B,备用;在搅拌下,将混合液A升温至95℃,并在恒温情况下,在3h内,将混合液B逐滴缓慢滴加到混合液A中,滴加完毕继续反应2h,然后自然降温至60℃以下,将反应液进行抽滤、水洗,先在80℃下干燥4h,再在120℃下干燥12h,将干燥后的物料,在马弗炉中在450℃下焙烧4h,粉碎至10~20目,得乙醇酸甲酯催化剂成品。
以上制备方法获得的催化剂应用于草酸二甲酯合成乙醇酸甲酯,该催化剂的活性组分为纳米钯,活性组分的负载量为0.01%~10%(质量百分含量),催化剂载体为二氧化硅。
合成的乙醇酸甲酯催化剂用于催化氢气和草酸二甲酯合成乙醇酸甲酯,取5g催化剂,装填于DN14mmH400mm反应器中部,反应器下方用20mL10目石英砂封底,反应器上方用20mL10目石英砂封口,催化剂先在常压、氢气流量为300mL/min、温度为350℃的条件下活化8h,然后在进料量为0.1mL/min、气化温度为180℃,反应温度为200℃、氢气流量为600mL/min、压力为2.5Mpa的条件下,反应得到反应液,反应的草酸二甲酯转化率达98%以上,乙醇酸甲酯选择性高于95%,因此本发明制备的乙醇酸甲酯催化剂是一种转化率和选择性均优良的催化剂。
实例1
1、二氧化硅前驱体的制备
将7000mL去离子水、98g纳米二氧化硅、1.5g亚磷酸和250mL质量分数为25%氨水依次加入10L去离子水中,在95℃条件下油浴加热3h,自然冷却至室温后,抽滤,并将滤饼水洗至洗涤水至中性,然后,重新将滤饼分散在10L去离子水中,制备成混合液A,备用。
2、乙醇酸甲酯催化剂的制备
取0.31g氯化钯加入到30mL质量分数为1%盐酸中,搅拌下升温至70℃,恒温处理1h,得到混合液B,备用;在搅拌下,将混合液A升温至95℃,在恒温情况下,将混合液B在3h内逐滴缓慢滴加到混合液A中,滴加完毕继续反应2h,然后自然降温至60℃以下,将反应液进行抽滤得到滤渣并水洗,先于80℃下干燥4h,再于120℃干燥12h,将干燥后的物料,于马弗炉中在450℃焙烧4h,焙烧结束后粉碎至10目数,得乙醇酸甲酯催化剂成品。
3、乙醇酸甲酯催化剂的应用
取5g催化剂,装填于DN14mmH400mm反应器中部,反应器下方用20mL10目石英砂封底,反应器上方用20mL10目石英砂封口,催化剂先在常压、氢气流量为300mL/min、温度为350℃的条件下活化8h,然后在进料量为0.1mL/min、气化温度为180℃,反应温度为200℃、氢气流量为600mL/min、压力为2.5Mpa的条件下,反应得到反应液,经气相色谱分析,草酸二甲酯转化率98.38%,乙醇酸甲酯选择性95.78%。
实施例2
1、二氧化硅前驱体的制备
将7000mL去离子水、98g纳米二氧化硅、亚磷酸1.135g和250mL25%氨水依次加入10L去离子水中,在97℃条件下油浴加热5h,自然冷却至室温后,抽滤,并将滤饼水洗至洗涤水至中性,然后,重新将滤饼分散在10L去离子水中,制备成混合液A,备用。
2、乙醇酸甲酯催化剂的制备
取0.31g氯化钯加入到30mL质量分数为1%盐酸中,搅拌下升温至70℃,恒温处理1h,得到混合液B,备用;在搅拌下,将混合液A升温至95℃,在恒温情况下,将混合液B在3h内逐滴缓慢滴加到混合液A中,滴加完毕继续反应2h,然后自然降温至60℃以下,将反应液进行抽滤得到滤渣并水洗,先于80℃下干燥4h,再于120℃干燥12h,将干燥后的物料,于马弗炉中在450℃焙烧4h,焙烧结束后粉碎至15目数,得乙醇酸甲酯催化剂成品。
3、乙醇酸甲酯催化剂的应用
取5g催化剂,装填于DN14mmH400mm反应器中部,反应器下方用20mL10目石英砂封底,反应器上方用20mL10目石英砂封口,催化剂先在常压、氢气流量为300mL/min、温度为350℃的条件下活化8h,然后在进料量为0.1mL/min、气化温度为180℃,反应温度为200℃、氢气流量为600mL/min、压力为2.5Mpa的条件下,反应得到反应液,经气相色谱分析,草酸二甲酯转化率98.45%,乙醇酸甲酯选择性96.67%。
实施例3
1、二氧化硅前驱体的制备
将7000mL去离子水、98g纳米二氧化硅、亚磷酸1.135g和250mL25%氨水依次加入10L去离子水中,在99℃条件下油浴加热8h,自然冷却至室温后,抽滤,并将滤饼水洗至洗涤水至中性,然后,重新将滤饼分散在10L去离子水中,制备成混合液A,备用。
2、乙醇酸甲酯催化剂的制备
取0.31g氯化钯加入到30mL质量分数为1%盐酸中,搅拌下升温至70℃,恒温处理1h,得到混合液B,备用;在搅拌下,将混合液A升温至95℃,在恒温情况下,将混合液B在3h内逐滴缓慢滴加到混合液A中,滴加完毕继续反应2h,然后自然降温至60℃以下,将反应液进行抽滤得到滤渣并水洗,先于80℃下干燥4h,再于120℃干燥12h,将干燥后的物料,于马弗炉中在450℃焙烧4h,焙烧结束后粉碎至20目数,得乙醇酸甲酯催化剂成品。
3、乙醇酸甲酯催化剂的应用
取5g催化剂,装填于DN14mmH400mm反应器中部,反应器下方用20mL10目石英砂封底,反应器上方用20mL10目石英砂封口,催化剂先在常压、氢气流量为300mL/min、温度为350℃的条件下活化8h,然后在进料量为0.1mL/min、气化温度为180℃,反应温度为200℃、氢气流量为600mL/min、压力为2.5Mpa的条件下,反应得到反应液,经气相色谱分析,草酸二甲酯转化率98.69%,乙醇酸甲酯选择性97.32%。
对照例1:乙醇酸甲酯的合成方法和本发明实例3的合成方法基本相同,唯有不同的是用传统的银基催化剂代替本发明的自制催化剂;
对制备出的产物进行气相色谱分析,结果显示草酸二甲酯转化率为97.25%,乙醇酸甲酯选择性为93.27%。
由此可见对照例1由于使用传统的银基催化剂代替本发明的自制催化剂,因此最终的原料转化率和目标产物选择性都显著降低,可见本发明的自制催化剂相比传统的催化剂具有更优异的合成效果,应用前景广阔。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种乙醇酸甲酯的合成方法,其特征在于:以草酸二甲酯为原料,在催化剂存在下选择加氢反应制得乙醇酸甲酯,具体合成步骤为:
取催化剂,装填于DN14mmH400mm反应器中部,反应器下方用20mL10目石英砂封底,反应器上方用20mL10目石英砂封口,催化剂先活化8h,然后反应得到反应液,即为乙醇酸甲酯;
所述催化剂的制备方法为:
(1)前驱体的制备
将纳米二氧化硅和含磷化合物、质量分数为25%氨水加入去离子水中,油浴加热,自然冷却至室温后,抽滤并将滤饼水洗至洗涤水至中性,最后,重新将滤饼分散在去离子水中,制备成混合液A,备用;含磷化合物为次亚磷酸盐或亚磷酸盐或亚磷酸或亚磷酸酯中的一种
(2)催化剂的制备
取氯化钯加入到质量分数为1%盐酸中,搅拌下升温至70℃,恒温处理1h,得到混合液B,备用;在搅拌下,将混合液A升温至95℃,并在恒温情况下,在3h内,将混合液B逐滴缓慢滴加到混合液A中,滴加完毕继续反应2h,然后自然降温至60℃以下,将反应液进行抽滤、水洗,干燥,将干燥后的物料,在马弗炉中在450℃下焙烧4h,粉碎至10~20目,得乙醇酸甲酯催化剂成品。
2.根据权利要求1所述的一种乙醇酸甲酯的合成方法,其特征在于:步骤(1)中,油浴加热的温度为95~99℃,油浴加热的时间为3~8h。
3.根据权利要求1所述的一种乙醇酸甲酯的合成方法,其特征在于:步骤(2)中,干燥的方式为,先在80℃下干燥4h,再在120℃下干燥12h。
4.根据权利要求1所述的一种乙醇酸甲酯的合成方法,其特征在于:所述活化条件为常压、氢气流量为300mL/min、温度为350℃。
5.根据权利要求1所述的一种乙醇酸甲酯的合成方法,其特征在于:合成反应的条件为进料量为0.1mL/min、气化温度为180℃,反应温度为200℃、氢气流量为600mL/min、压力为2.5MPa。
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