CN115318299A - 一种糠醛选择性加氢制二糠基醚的催化剂及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种糠醛选择性加氢直接制二糠基醚的催化剂及其制备和应用。根据本发明，公开了用于糠醛加氢制二糠基醚的催化剂，催化剂由金属和载体组成，其中金属包括铜、镍和铁中的两种以上，载体为二氧化铈、二氧化锆或者TS‑1。该催化剂以催化剂质量百分比为基准，金属元素的质量含量是5～30％，其中含铜催化剂中铜的质量占金属质量的30～80％，含镍催化剂中镍的质量占金属质量的30～80％，其余为载体。该催化剂采用浸渍法制备，制备方法简单，易于放大应用。采用本发明的催化剂可以催化糠醛加氢高选择性直接制二糠基醚。
Description
技术领域
本发明涉及一种糠醛选择性加氢制二糠基醚的催化剂及其制备和应用。
背景技术
日趋严重的能源供需矛盾和日益严苛的环保要求促进了可再生生物质资源转化利用的研究。糠醛是一种主要来源于农林废弃物等木质生物质的化工原料。中国是世界上最大的糠醛生产国，但是对于糠醛的高值化利用却十分有限。二糠基醚是一种重要的香料化合物，可由糠醛、糠醇等制备。二糠基醚被列入中国可以使用的食品香料名单(GB2760-2014，编号S1108)。此外，二糠基醚被美国食品香料和萃取物制造者协会列为食用香料(编号为3337)，同时被美国食品添加剂联合专家委员会列为可食用香料(编号为1522)。因此，二糠基醚的制备具有重要意义。
糠醛加氢直接制二糠基醚的报道较少。专利CN112221465A公开了一种无废生物精炼制备多孔生物炭的方法及应用，其中涉及到将含铬生物炭转化为Cu-Cr/BPR-BC催化剂用于糠醛加氢，获得高的二糠基醚选择性，但是有毒Cr物种存在限制催化剂的应用。专利CN107011294B公开了一种二糠基醚的合成方法，通过硫钼酸盐催化糠醇选择性脱水生成二糠基醚，该方法需要使用糠醇为原料，且钼物种使用提高了催化剂成本。
发明内容
本发明的目的在于一种糠醛选择性加氢制二糠基醚的催化剂及其制备和应用，克服现有二糠基醚合成中使用糠醇为原料和催化剂有毒等问题。
本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种糠醛选择性加氢制二糠基醚的催化剂，所述催化剂由金属和载体组成，其中金属包括铜、镍和铁中的两种以上，载体为二氧化铈、二氧化锆或者TS-1(钛硅分子筛)中的一种或两种以上。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述金属元素的质量为催化剂质量的5～30％，其中含铜催化剂中铜的质量占金属质量的30～80％，含镍催化剂中镍的质量占金属质量的30～80％，，其余为载体。
本发明的另一方面提供了制备上述催化剂的一种催化剂制备方法，金属组分通过浸渍法担载到载体上，具体步骤包括：
a)将金属盐溶解在去离子水中；
b)将载体加入到上述溶液中，搅拌混合均匀；
d)除去混合物中的水分；
e)热活化获得用于催化糠醛加氢制二糠基醚的催化剂。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述热活化处理方法是：300～700℃(优选350～600℃，更优选350～450℃)焙烧0.5～48h(优选1～24h，更优选2～6h),200～600℃(优选300～500℃，更优选300～400℃)含氢气氛(氢气体积含量为5％～100％，其余组分为N2或Ar或He中的一种或两种以上)还原0.5～48h(优选1～12h，更优选2～4h)。
本发明的再一个方面，提供一种所述催化剂在糠醛选择性加氢制二糠基醚反应中的应用。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述反应在如下条件下进行：反应温度为150～250℃，反应压力为4～8MPa。
在上述技术方案的基础上，进一步地，反应在溶剂中进行，溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、仲丁醇中的一种或二种以上；所述反应时间为1～10h。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述反应在高压反应釜或滴流床反应器中进行。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明所述的催化剂组成简单，不含有毒的Cr物种，可以催化糠醛一步加氢直接制二糠基醚。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，本申请中的含量和百分比均按质量计。
实施例1
将1.1g Cu(NO3)2·3H2O和1.4gNi(NO3)2·6H2O溶解于10g去离子水中。将5g二氧化铈加入到上述水溶液中，室温下静置12小时，120℃烘干12小时，300℃焙烧4小时，获得催化剂，催化剂组成为质量含量5％Cu-5％Ni/CeO2。取0.1g催化剂在300℃体积浓度10％H2/Ar气氛下还原1小时，将活化后的催化剂转入装有30ml异丙醇和2g糠醛的100ml反应釜中，N2置换3次后，通入氢气充压至4MPa。反应釜升温至230℃，反应2h，搅拌速度为600转每分钟。产物使用气相色谱分析，二糠基醚产率为82％。
实施例2
催化剂制备过程同实施例1，使用2.4g Cu(NO3)2·3H2O和3.1gNi(NO3)2·6H2O代替0.4g Cu(NO3)2·3H2O和0.5gNi(NO3)2·6H2O。获得催化剂为质量含量10％Cu-10％Ni/CeO2。取0.1g催化剂在300℃体积浓度10％H2/Ar气氛下还原1小时后转入装有30ml异丙醇和5g糠醛的100ml反应釜中，N2置换3次后，通入氢气充压至4MPa。反应釜升温至240℃，反应4h，搅拌速度为600转每分钟。产物使用气相色谱分析，二糠基醚产率为85％。
实施例3
将4.5g Cu(NO3)2·3H2O和4.2gFe(NO3)3·9H2O溶解于10g去离子水中，加入10g二氧化锆，室温下静置12小时，100℃烘干10小时，400℃焙烧3小时，获得催化剂，催化剂组成为质量含量10％Cu-5％Fe/ZrO2。取0.1g催化剂在200℃氢气气氛下还原2小时，将活化后的催化剂转入装有30ml异丙醇和2g糠醛的100ml反应釜中，N2置换3次后，通入氢气充压至6MPa。反应釜升温至240℃，反应2h，搅拌速度为600转每分钟。产物使用气相色谱分析，二糠基醚产率为85％。
实施例4
催化剂制备过程同实施例3，仅使用9.3gNi(NO3)2·6H2O和4.5gFe(NO3)3·9H2O和代替4.5g Cu(NO3)2·3H2O和4.2gFe(NO3)3·9H2O。获得催化剂为质量含量15％Ni-5％Fe/ZrO2。取0.1g催化剂在200℃氢气气氛下还原2小时，将活化后的催化剂转入装有30ml异丙醇和2g糠醛的100ml反应釜中，N2置换3次后，通入氢气充压至4MPa。反应釜升温至230℃，反应4h，搅拌速度为600转每分钟。产物使用气相色谱分析，二糠基醚产率为90％。
实施例5
将1.5g Ni(NO3)2·6H2O和2.2gCu(NO3)2·3H2O溶解于8g去离子水中，加入2g二氧化锆和3g二氧化铈，室温下静置12小时，100℃烘干10小时，500℃焙烧3小时，获得催化剂，催化剂组成为质量含量10％Cu5％Ni/ZrO2-CeO2。取0.1g焙烧催化剂在400℃氢气气氛下还原1小时，将活化后的催化剂转入装有30ml异丙醇和5g糠醛的100ml反应釜中，N2置换3次后，通入氢气充压至4MPa。反应釜升温至250℃，反应4h，搅拌速度为600转每分钟。产物使用气相色谱分析，二糠基醚产率为89％。
对比例1
将1.1g Cu(NO3)2·3H2O和1.4gNi(NO3)2·6H2O溶解于10g去离子水中，加入5g二氧化硅，室温下阴干12小时，120℃烘干12小时，300℃焙烧4小时，获得催化剂，催化剂组成为质量含量5％Cu-5％Ni/SiO2。取0.1g焙烧催化剂在300℃体积浓度10％H2/Ar气氛下还原1小时，将活化后的催化剂转入装有30ml异丙醇和2g糠醛的100ml反应釜中，N2置换3次后，通入氢气充压至4MPa。反应釜升温至230℃，反应2h，搅拌速度为600转每分钟。产物使用气相色谱分析，二糠基醚产率为5％。
对比例2
将4.5g Cu(NO3)2·3H2O和4.2gFe(NO3)3·9H2O溶于10g去离子水中，加入10g硅铝比为50的ZSM-5，室温下阴干12小时，100℃烘干10小时，400℃焙烧3小时，获得催化剂，催化剂组成为质量含量10％Cu-5％Fe/ZSM-5。取0.1g焙烧催化剂在200℃氢气气氛下还原2小时，将活化后的催化剂转入装有30ml异丙醇和2g糠醛的100ml反应釜中，N2置换3次后，通入氢气充压至6MPa。反应釜升温至240℃，反应2h，搅拌速度为600转每分钟。产物使用气相色谱分析，二糠基醚产率为10％。
由上述的结果可知，采用本发明的由Cu、Ni和Fe金属组分与二氧化铈、二氧化锆、钛硅混合氧化物载体组成的催化剂，可以高收率催化糠醛直接加氢获得二糠基醚。此外，本发明的催化剂组成简单，易于放大制备，具有优异的工业应用前景。
以上已对本发明进行了详细描述，但本发明并不局限于本文所描述具体实施方式。本领域技术人员理解，在不背离本发明范围的情况下，可以作出其他更改和变形。本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (8)
1.一种糠醛选择性加氢直接制二糠基醚的催化剂，其特征在于，所述催化剂由金属和载体组成，其中金属包括铜、镍和铁中的两种以上，载体为二氧化铈、二氧化锆或者TS-1(钛硅分子筛)中的一种或两种以上。
2.根据权利要求1所述一种糠醛选择性加氢直接制二糠基醚的催化剂，其特征在于，所述金属元素的质量为催化剂质量的5～30％(优选10～25％，更优选10～20％)，其中含铜催化剂中铜的质量占金属质量的30～80％(优选30～60％)，含镍催化剂中镍的质量占金属质量的30～80％(优选30～60％)，其余为载体。
3.一种权利要求1至2任一所述催化剂的制备方法，其特征在于，金属组分通过浸渍法担载到载体上，具体步骤包括：
a)将金属盐溶解在去离子水中；
b)将载体加入到上述溶液中，搅拌混合均匀；
d)除去混合物中的水分；
e)热活化获得用于催化糠醛加氢制二糠基醚的催化剂。
4.根据权利要求3所述的催化剂制备方法，其特征在于，所述热活化处理方法是：300～700℃(优选350～600℃，更优选350～450℃)焙烧0.5～48h(优选1～24h，更优选2～6h),200～600℃(优选300～500℃，更优选300～400℃)含氢气氛(氢气体积含量为5％～100％，其余组分为N2或Ar或He中的一种或两种以上)还原0.5～48h(优选1～12h，更优选2～4h)。
5.一种权利要求1-2任一所述催化剂在糠醛选择性加氢制二糠基醚反应中的应用。
6.根据权利要求5所述催化剂在糠醛选择性加氢制二糠基醚反应中的应用，其特征在于，所述反应在如下条件下进行：反应温度为150～250℃，反应氢气压力为4～8MPa。
7.根据权利要求5-6任一所述催化剂在糠醛加氢直接制二糠基醚反应中的应用，其特征在于，反应在溶剂中进行，溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、仲丁醇中的一种或二种以上；所述反应时间为1～10h。
8.根据权利要求5-7任一所述催化剂在糠醛选择性加氢制二糠基醚反应中的应用，其特征在于，所述反应在高压反应釜或滴流床反应器中进行。
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