CN116751117A - 一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法。该方法以甘油为底物，在可见光照射下，Mn掺杂CdS(Mn/CdS)作为光催化剂，甘油发生光催化脱水，得到液相产物丙酮醇和气相产物合成气。本发明提供了一种新的甘油脱水制备丙酮醇的方法，条件温和，产品选择性高，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气(H2+CO)的方法。
背景技术
丙酮醇是一种重要的化学品，可用于制取药物、香料、染料，也可以用来作为有机合成中间体、硝酸纤维素的溶剂、肽合成保护剂等。传统的丙酮醇的合成方法，采用甘油为底物，在高温200-400℃下，酸性或者碱性氧化物作为催化剂在气相中获得。
Chang曾报道过用共沉淀法和煅烧法制备的5％ Na/CeO2碱性金属氧化物作为催化剂，在连续固定床中进行甘油气相反应，在350℃下将甘油转化为丙酮醇，甘油的转化率达到20％。Batiot-Dupeyrat等人使用碱性催化剂氧化镧和钙钛矿LaNiO3在400-500℃下，在气相中转化纯甘油，结果发现对于丙酮醇的选择性最高为26.5％，但甘油在液相中聚合形成了重产物。热催化过程通常具有产物稳定性差、副反应多以及选择性低等缺点。本发明以光催化甘油得到丙酮醇和合成气，可以在适宜的温度下转化，避免产生积炭以及副反应多、选择性低等问题。
本发明采用甘油为原料，在可见光光照条件下，惰性气体保护，在室温下就可以得到液相产物丙酮醇并且伴随气相产物合成气，丙酮醇的选择性高，实验条件温和，具有很好的应用前景。
发明内容
本发明旨在解决现有技术存在的技术问题，提供一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气(H2+CO)的方法。
本发明的技术方案：
一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法，具体如下：所述的方法以甘油为底物，在可见光光照条件下，惰性气体氛围中，在催化剂作用下，甘油发生光催化脱水，得到液相产物丙酮醇和气相产物合成气(H2+CO)。
进一步的，所述的催化剂用量与甘油质量之比为20-50wt％，优选为50wt％。
进一步的，所述的催化剂为金属掺杂的硫化镉。更进一步的，所述的掺杂的金属为Fe、Co、Cu、Pt、Mn中的一种。优选的，所述的催化剂为锰掺杂的硫化镉Mn/CdS。
进一步的，所述的掺杂的金属作为金属活性组分于催化剂中的质量含量为1-10wt％，优选为3wt％。
进一步的，所述的惰性气体为不含氧气和氢气的气体，如氮气、氩气等。
进一步的，反应温度在15-60℃，反应时间为6-48h。
进一步的，反应前需要将甘油溶于溶剂中，所述的溶剂为乙腈、水混合溶剂。其中乙腈体积占总溶剂的0-95％，优选为95％。进一步的，所述的可见光光照的波长为300-500nm。
本发明具有如下特点：本发明提供了一种新的甘油脱水到丙酮醇的过程，在可见光激发下，底物分子本身不会吸光，需要采用光催化剂，本发明发现Mn/CdS可以实现在可见光作用下，甘油脱去一分子水，生成液相产物丙酮醇。本发明方法条件温和，产物选择性高，具有很好的应用前景。本发明催化体系简单、高效、副产物少、催化剂用量少、催化剂可循环使用。
具体实施方式：
下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明实施不局限于这些实施例：
实施例1-5：向带有磁力搅拌子的光反应管中分别加入10mg甘油，5mg Mn/CdS，1mL不同比例的乙腈与水混合溶剂，通入氩气置换空气，密闭反应管。选用波长为455nm的LED光，光强为18w，在30℃下反应24h，反应结束后，加入内标氦气，气相产物合成气采用内标法在气相色谱中进行分析，液相产物丙酮醇采用外标法在液相色谱中进行分析。结果见表1。
表1溶剂配比影响甘油转化到丙酮醇和合成气
分析表1中结果可知，当乙腈与水的体积比为9.5：0.5时，丙酮醇的生成速率是最快的。
实施例6-10：向带有磁力搅拌子的光反应管中分别加入10mg甘油，5mg不同金属掺杂CdS催化剂，1mL乙腈与水混合溶剂，体积比为9.5:0.5，通入氩气置换空气，密闭反应管。选用波长为455nm的LED光，光强为18w，在30℃下反应24h，用气相色谱和液相色谱对反应管内气体和液体进行定性定量分析，结果见表2。
表2不同金属掺杂CdS催化剂影响甘油转化到丙酮醇和合成气
分析表2中结果可知，不同金属掺杂硫化镉都可以催化甘油转化为丙酮醇和合成气，而锰掺杂硫化镉作为催化剂时，丙酮醇的生成速率是最快的。
实施例11-15：向带有磁力搅拌子的光反应管中分别加入10mg甘油，5mg不同质量含量的Mn掺杂CdS，1mL乙腈与水混合溶剂，体积比为9.5:0.5，通入氩气置换空气，密闭反应管。选用波长为455nm的LED光，光强为18w，在30℃下反应24h，用气相色谱和液相色谱对反应管内气体和液体进行定性定量分析，结果见表3。
表3 Mn的掺杂量影响甘油转化到丙酮醇和合成气
分析表3中结果可知，不同含量的Mn掺杂硫化镉作为催化剂都能催化甘油转化为丙酮醇和合成气，而当Mn的掺杂量为3wt％时，丙酮醇的生成速率最快。
Claims (10)
1.一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法，其特征在于，具体如下：所述的方法以甘油为底物，在可见光光照条件下，惰性气体氛围中，在催化剂作用下，甘油发生光催化脱水，得到液相产物丙酮醇和气相产物合成气。
2.根据权利要求1所述的一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法，其特征在于，所述的催化剂用量与甘油质量之比为20-50wt％。
3.根据权利要求1所述的一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法，其特征在于，所述的催化剂为金属掺杂的硫化镉。
4.根据权利要求3所述的一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法，其特征在于，掺杂的金属为Fe、Co、Cu、Pt、Mn中的一种。
5.根据权利要求3或4所述的一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法，其特征在于，掺杂的金属作为金属活性组分于催化剂中的质量含量为1-10wt％。
6.根据权利要求1所述的一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法，其特征在于，所述的惰性气体为不含氧气和氢气的气体。
7.根据权利要求1所述的一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法，其特征在于，反应温度在15-60℃，反应时间为6-48h。
8.根据权利要求1所述的一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法，其特征在于，所述的可见光光照的波长为300-500nm。
9.根据权利要求1所述的一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法，其特征在于，反应前需要将甘油溶于溶剂中，所述的溶剂为乙腈、水混合溶剂；其中乙腈体积占总溶剂的0-95％。
10.根据权利要求5所述的一种甘油光催化转化制备丙酮醇和合成气的方法，其特征在于，掺杂的金属作为金属活性组分于催化剂中的质量含量为3wt％。
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