DE102019105105A1 - Process for the production of 1,2-propanediol - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1,2-Propandiol aus Milchsäure durch katalytische Hydrierung in wässriger Lösung, wobei man die Umsetzung in Gegenwart einer Base und/oder eines basischen Salzes eines Alkalimetalls und/oder Erdalkalimetalls durchführt.The invention relates to a process for the preparation of 1,2-propanediol from lactic acid by catalytic hydrogenation in aqueous solution, the reaction being carried out in the presence of a base and / or a basic salt of an alkali metal and / or alkaline earth metal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1,2-Propandiol aus Milchsäure.The invention relates to a process for the preparation of 1,2-propanediol from lactic acid.

1,2-Propandiol findet breite Anwendung in der Polymerindustrie, in Lebensmittelzusatzstoffen und bei der Herstellung von Pharmazeutika. Ein hoher Bedarf an 1,2-Propandiol erfordert effiziente Produktionsverfahren. Mit zunehmender Erschöpfung fossiler Ressourcen ist es zudem zunehmend wichtig, alternative Produktionswege zu Chemikalien zu entwickeln. Milchsäure ist hierbei eine wichtige Plattformchemikalie, die industriell durch Fermentation von Kohlenhydraten in hohen Ausbeuten hergestellt werden kann. Die Umwandlung von Milchsäure zu 1,2-Propandiol wird daher als vielversprechender Weg der Wertschöpfung angesehen.1,2-Propanediol is widely used in the polymer industry, in food additives and in the manufacture of pharmaceuticals. A high demand for 1,2-propanediol requires efficient production processes. With the increasing depletion of fossil resources, it is also increasingly important to develop alternative production routes to chemicals. Lactic acid is an important platform chemical that can be industrially produced in high yields by fermenting carbohydrates. The conversion of lactic acid to 1,2-propanediol is therefore seen as a promising way of adding value.

Die Schrift US 6403844 B1 offenbart ein chemisches Verfahren zur katalytischen Hydrierung von Milchsäure zu 1,2-Propandiol in kondensierter Phase. Das Verfahren betrifft die Umsetzung von Milchsäure bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur unter Verwendung eines Rutheniumkatalysators auf einem inerten Träger. Bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck konnte ein hoher Umsatz bei gleichzeitig hoher Selektivität erzielt werden. Allerdings ist der verwendete Katalysator nicht nur aufwändig herzustellen, sondern durch das verwendete Edelmetall auch vergleichsweise teuer. Die WO 2001/016063 A1 beschreibt ein Verfahren zur katalytischen Reduktion von Carboxylgruppen, beispielsweise von Milchsäure, zu 1,2-Propandiol, unter Verwendung von Wasserstoff, wobei Kupfer als katalytisch aktives Metall verwendet wird. Die Reaktion kann in Anwesenheit von Wasser durchgeführt werden. Die Selektivität der Umsetzung von Milchsäure zu 1,2-Propandiol ist jedoch gering. Die DE 10 2008 013 474 A1 beschreibt demgegenüber ein Verfahren zur Herstellung von Milchsäure aus primären Alkoholen oder Aldehyden in Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators. Das Verfahren erlaubt die Bildung von Milchsäure mit hoher Selektivität, wobei bei Verwendung von Glycerin als Ausgangsmaterial 1,2-Propandiol als Nebenprodukt gebildet wird.The font US 6403844 B1 discloses a chemical process for the catalytic hydrogenation of lactic acid to 1,2-propanediol in the condensed phase. The process relates to the reaction of lactic acid at elevated pressure and elevated temperature using a ruthenium catalyst on an inert support. At low temperature and low pressure, it was possible to achieve high conversion with high selectivity at the same time. However, the catalyst used is not only complex to manufacture, but also comparatively expensive due to the noble metal used. The WO 2001/016063 A1 describes a process for the catalytic reduction of carboxyl groups, for example lactic acid, to 1,2-propanediol, using hydrogen, copper being used as the catalytically active metal. The reaction can be carried out in the presence of water. However, the selectivity of the conversion of lactic acid to 1,2-propanediol is low. The DE 10 2008 013 474 A1 describes a process for the preparation of lactic acid from primary alcohols or aldehydes in the presence of a transition metal catalyst. The process allows the formation of lactic acid with high selectivity, 1,2-propanediol being formed as a by-product when glycerol is used as the starting material.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren für Herstellung von 1,2-Propandiol aus Milchsäure zur Verfügung zu stellen, dass mindestens einen der vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.The present invention was based on the object of providing a process for the preparation of 1,2-propanediol from lactic acid which overcomes at least one of the aforementioned disadvantages of the prior art.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von 1,2-Propandiol aus Milchsäure durch katalytische Hydrierung in wässriger Lösung, wobei man die Umsetzung in Gegenwart einer Base und/oder eines basischen Salzes eines Alkalimetalls und/oder Erdalkalimetalls durchführt.This object is achieved by a process for the preparation of 1,2-propanediol from lactic acid by catalytic hydrogenation in aqueous solution, the reaction being carried out in the presence of a base and / or a basic salt of an alkali metal and / or alkaline earth metal.

Überraschend wurde gefunden, dass das erfindungsgemäße Verfahren die Umsetzung von Milchsäure zu 1,2-Propandiol in wässrigem Milieu mit hoher Selektivität erlaubt. Vorteilhaft ist insbesondere, dass das Verfahren insbesondere für günstige Übergangsmetalle der vierten Periode wie Kupfer auf Trägern wie SiO2 in Gegenwart einer Base oder eines Salzes wie Mg(OH)2 oder Magnesiumacetat geeignet ist. 1,2-Propandiol kann dabei mit einer Ausbeute von 93% hergestellt werden. Das Verfahren erlaubt somit eine Herstellung von 1,2-Propandiol aus einer gut verfügbaren und ressourcenschonenden Ausgangsverbindung.It has surprisingly been found that the process according to the invention allows the conversion of lactic acid to 1,2-propanediol in an aqueous medium with high selectivity. It is particularly advantageous that the method is particularly suitable for favorable transition metals of the fourth period such as copper on carriers such as SiO 2 in the presence of a base or a salt such as Mg (OH) 2 or magnesium acetate. 1,2-Propanediol can be produced with a yield of 93%. The process thus enables 1,2-propanediol to be produced from a readily available and resource-saving starting compound.

Das Verfahren wird erfindungsgemäß in Gegenwart einer Base und/oder eines basischen Salzes eines Alkalimetalls und/oder Erdalkalimetalls durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass Basen der Alkali- und Erdalkalimetalle in dem Verfahren vorteilhaft verwendbar sind. Das Alkalimetall kann hierbei ausgewählt sein aus Natrium und/oder Kalium. Es hat sich gezeigt, dass das Verfahren besonders vorteilhaft in Gegenwart eines Erdalkalimetalls durchführbar ist. Hierbei konnte ein hoher Umsatz erzielt werden. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Erdalkalimetall ausgewählt aus Calcium und/oder Magnesium. Insbesondere ist das Erdalkalimetall Magnesium. Unter Verwendung von Magnesium konnten hohe Ausbeuten bei der Umsetzung erzielt werden.According to the invention, the process is carried out in the presence of a base and / or a basic salt of an alkali metal and / or alkaline earth metal. It has been found that bases of the alkali and alkaline earth metals are useful in the process. The alkali metal can be selected from sodium and / or potassium. It has been shown that the process can be carried out particularly advantageously in the presence of an alkaline earth metal. A high conversion could be achieved here. In preferred embodiments, the alkaline earth metal is selected from calcium and / or magnesium. In particular, the alkaline earth metal is magnesium. Using magnesium, it was possible to achieve high yields in the implementation.

Das Alkali- oder Erdalkalimetall befindet sich in wässriger Lösung. Unter einer Base wird eine Verbindung verstanden, die in wässriger Lösung in der Lage ist, Hydroxidionen (OH-) zu bilden. Unter einem basischen Salz wird ein Salz verstanden, das den pH-Wert einer wässrigen Lösung erhöht. Verwendbar sind beispielsweise Basen wie Natrium- oder Kaliumhydroxid. Bevorzugt sind Hydroxide und basische Salze der Erdalkalimetalle. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Base und/oder das basische Salz des Erdalkalimetalls ausgewählt aus der Gruppe umfassend Calciumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumacetat und/oder Magnesiumacetat. Bevorzugt verwendbar sind Mg(OH)2 oder Magnesiumacetat. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist die Base Magnesiumhydroxid. Es wurde festgestellt, dass bei Verwendung divalenter Kationen ein höherer Umsatz von Milchsäure zu 1,2-Propandiol erzielt werden konnte.The alkali or alkaline earth metal is in an aqueous solution. A base is understood to be a compound which, in aqueous solution, is able to form hydroxide ions (OH - ). A basic salt is understood to mean a salt which increases the pH value of an aqueous solution. Bases such as sodium or potassium hydroxide can be used, for example. Hydroxides and basic salts of the alkaline earth metals are preferred. In preferred embodiments, the base and / or the basic salt of the alkaline earth metal is selected from the group comprising calcium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium acetate and / or magnesium acetate. Mg (OH) 2 or magnesium acetate can preferably be used. In particularly preferred embodiments, the base is magnesium hydroxide. It was found that when using divalent cations, a higher conversion of lactic acid to 1,2-propanediol could be achieved.

Das Edukt Milchsäure und die Base und/oder das basische Salz eines Alkalimetalls und/oder Erdalkalimetalls können der Reaktionslösung getrennt zugeführt werden. Milchsäure ist jedoch auch in Form ihres Salzes Lactat verwendbar. Als Gegenion für das Lactat bieten sich insbesondere Alkali- und/oder Erdalkalikationen an. In Ausführungsformen ist das basische Salz des Erdalkalimetalls ausgewählt aus Calciumlactat und/oder Magnesiumlactat.The reactant lactic acid and the base and / or the basic salt of an alkali metal and / or alkaline earth metal can be fed separately to the reaction solution. However, lactic acid can also be used in the form of its salt lactate. Alkali and / or alkaline earth cations are particularly suitable as counterions for the lactate. In embodiments, the basic salt of the alkaline earth metal is selected from calcium lactate and / or magnesium lactate.

Das Edukt Milchsäure kann bezogen auf die Base bzw. das basische Salz eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls in stöchiometrischen Mengen oder vorzugsweise im Unterschuss verwendet werden. Milchsäure kann im Bereich von > 0 Äquivalenten (eq.) bis ≤ 3,75 Äquivalenten (eq.), bezogen auf die Base wie Hydroxidionen (OH-), vorliegen. Milchsäure kann im Bereich von > 0 eq. bis ≤ 2,5 eq., oder von > 0 eq. bis ≤ 1,25 eq., bezogen auf Mg(OH)2, vorliegen. Bei einem Unterschuss an Milchsäure konnten bessere Ausbeuten an 1,2-Propandiol erzielt werden. The reactant lactic acid can be used in stoichiometric amounts or preferably in deficit, based on the base or the basic salt of an alkali metal or alkaline earth metal. Lactic acid can be present in the range from> 0 equivalents (eq.) To 3.75 equivalents (eq.), Based on the base, such as hydroxide ions (OH - ). Lactic acid can be in the range of> 0 eq. to ≤ 2.5 eq., or from> 0 eq. up to 1.25 eq., based on Mg (OH) 2. With a deficit of lactic acid, better yields of 1,2-propanediol could be achieved.

Das Verfahren in wässriger Lösung wird vorzugsweise unter heterogener Katalyse durchgeführt. Heterogene Katalysatoren können nach der Reaktion durch einfache Verfahren wie Filtration abgetrennt werden. Hierdurch kann einerseits das Reaktionsgemisch leichter aufgetrennt und weiterverarbeitet werden. Auch sind heterogene Katalysatoren nach Aufreinigung und optional Aktivierung erneut verwendbar. Das Übergangsmetall des Katalysators ist vorzugsweise ein Metall der vierten Periode des Periodensystems der Elemente. In bevorzugten Ausführungsformen führt man die Umsetzung unter Verwendung eines Übergangsmetalls ausgewählt aus der Gruppe der vierten Periode umfassend Kupfer, Nickel, Cobalt, Zink und/oder Eisen durch. Insbesondere ist das Übergangsmetall ausgewählt aus der gruppe umfassend Kupfer und/oder Cobalt. Dass das Verfahren insbesondere für günstige Übergangsmetalle der vierten Periode wie Kupfer geeignet ist, stellt einen großen Vorteil dar. Unter Verwendung von Kupfer konnte eine vorteilhafte Kombination von hoher Selektivität und hohem Umsatz erzielt werden. Weiter konnte unter Verwendung von Cobalt eine vorteilhafte Kombination von hoher Selektivität und hohem Umsatz erzielt werden, insbesondere schon bei geringer Beladung des Katalysatorträgers. Neben Kupfer und Cobalt können auch Nickel, Eisen und Zink als aktive Metalle genutzt werden. Hierbei zeigte insbesondere Nickel ebenfalls vorteilhafte Umsatzraten.The process in aqueous solution is preferably carried out under heterogeneous catalysis. Heterogeneous catalysts can be separated off after the reaction by simple methods such as filtration. In this way, on the one hand, the reaction mixture can be more easily separated and further processed. Heterogeneous catalysts can also be reused after purification and, optionally, activation. The transition metal of the catalyst is preferably a metal of the fourth period of the periodic table of the elements. In preferred embodiments, the reaction is carried out using a transition metal selected from the group of the fourth period comprising copper, nickel, cobalt, zinc and / or iron. In particular, the transition metal is selected from the group comprising copper and / or cobalt. The fact that the process is particularly suitable for low-cost transition metals of the fourth period such as copper is a great advantage. An advantageous combination of high selectivity and high conversion could be achieved using copper. Furthermore, an advantageous combination of high selectivity and high conversion could be achieved using cobalt, in particular even with a low loading of the catalyst support. In addition to copper and cobalt, nickel, iron and zinc can also be used as active metals. Nickel in particular also showed advantageous conversion rates.

Die Übergangsmetall-Katalysatoren können als solches, beispielsweise in Form von Pulvern, Granulaten, Partikeln oder auch in Extrudatform eingesetzt werden. Bevorzugt wird der Katalysator in geträgerter Form, d.h. als sogenannter Trägerkatalysator, auf einem geeigneten Trägermaterial eingesetzt. Geeignete Trägermaterialien sind beispielsweise konventionelle Trägermaterialien wie Silika, Aluminiumoxid, Lanthanoxid, Zirkoniumoxid, Alumosilikate, synthetische poröse Materialien oder Ton. In bevorzugten Ausführungsformen setzt man den Katalysator in geträgerter Form auf einem Trägermaterial ausgewählt aus Silika, Aluminiumoxid, Lanthanoxid, Zirkoniumoxid und/oder Alumosilikate ein. Insbesondere Silika als Träger ist bevorzugt. Unter Verwendung von Cu/SiO2 als Katalysator konnten besonders gute Umsatzraten erzielt werden. Auch unter Verwendung von Aluminiumoxid und Lanthanoxid als Träger konnten gute Umsatzraten erzielt werden. Geeignete Trägermaterialien sind kommerziell erhältlich. Geträgerte Katalysatoren sind ebenfalls kommerziell erhältlich oder sind beispielsweise mittels Ammoniakverdampfungsfällung oder Nassimprägnierungsverfahren herstellbar.The transition metal catalysts can be used as such, for example in the form of powders, granules, particles or else in extrudate form. Preferably the catalyst is in supported form, i. used as a so-called supported catalyst, on a suitable support material. Suitable support materials are, for example, conventional support materials such as silica, aluminum oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide, aluminosilicates, synthetic porous materials or clay. In preferred embodiments, the catalyst is used in supported form on a support material selected from silica, aluminum oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide and / or aluminosilicates. In particular, silica is preferred as the carrier. Using Cu / SiO2 as a catalyst, particularly good conversion rates could be achieved. Good conversion rates could also be achieved using aluminum oxide and lanthanum oxide as carriers. Suitable support materials are commercially available. Supported catalysts are also commercially available or can be produced, for example, by means of ammonia evaporation precipitation or wet impregnation processes.

In bevorzugten Ausführungsformen führt man die Umsetzung bei einer Temperatur im Bereich von ≥ 393 K bis ≤ 773 K, bevorzugt im Bereich von ≥ 493 K bis ≤ 513 K, durch. Insbesondere in diesen Temperaturbereichen konnten gute Ausbeuten erhalten werden. Die Reaktionszeiten der Umsetzung können im Bereich von ≥ 0,5 Stunde bis ≤ 48 Stunden liegen, bevorzugt im Bereich von ≥ 2 Stunden bis ≤ 4 Stunden.In preferred embodiments, the reaction is carried out at a temperature in the range from 393 K to 773 K, preferably in the range from 493 K to 513 K. Good yields could be obtained in particular in these temperature ranges. The reaction times for the reaction can be in the range from 0.5 hour to 48 hours, preferably in the range from 2 hours to 4 hours.

Das Verfahren kann grundsätzlich kontinuierlich oder diskontinuierlich, in Rohrreaktoren, Rührkesseln, Strömungsreaktoren oder Wirbelreaktoren durchgeführt werden. Es ist bevorzugt, dass die Umsetzung bei Überdruck, bezogen auf Atmosphärendruck, ausgeführt wird. Beispielsweise kann das Verfahren in einem Reaktor wie einem Druckautoklaven durchgeführt werden. In einem Druckautoklaven kann der Wasserstoff mit einem geeigneten Druck aufgepresst werden. In bevorzugten Ausführungsformen presst man den Wasserstoff mit einem Wasserstoffdruck im Bereich von ≥ 1 MPa bis ≤ 5 MPa, vorzugsweise im Bereich von ≥ 2 MPa bis ≤ 4 MPa, auf. Hierbei entsprechen die Druckangaben jeweils dem aufgepressten Druck bei Raumtemperatur entsprechend 20±2°C. Es wird angenommen, dass die Umsetzung von höheren Wasserstoffdrücken in diesem Bereich profitieren kann. Demgegenüber wurde festgestellt, dass die Umsetzung von Milchsäure zu 1,2-Propandiol bei Wasserstoffdrücken niedriger als 10 bar unter den verwendeten Bedingungen nicht ablief. In vorteilhafter Weise sind bereits 1 MPa Wasserstoffdruck ausreichend, damit signifikante Mengen an 1,2-Propandiol gebildet werden.The process can in principle be carried out continuously or discontinuously, in tubular reactors, stirred tanks, flow reactors or vortex reactors. It is preferred that the reaction is carried out at elevated pressure based on atmospheric pressure. For example, the process can be carried out in a reactor such as a pressure autoclave. In a pressure autoclave, the hydrogen can be injected at a suitable pressure. In preferred embodiments, the hydrogen is injected with a hydrogen pressure in the range from 1 MPa to 5 MPa, preferably in the range from 2 MPa to 4 MPa. The pressure data correspond to the applied pressure at room temperature, corresponding to 20 ± 2 ° C. It is believed that the implementation can benefit from higher hydrogen pressures in this range. In contrast, it was found that the conversion of lactic acid to 1,2-propanediol did not take place at hydrogen pressures of less than 10 bar under the conditions used. Advantageously, a hydrogen pressure of just 1 MPa is sufficient for significant amounts of 1,2-propanediol to be formed.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden 0,5g Milchsäure gelöst in 20 ml deionisiertem Wasser mit 0,4g Mg(OH)2 über 0,2g Cu/SiO2 mit 25%iger Beladung, bei einer Temperatur von 513K während 4 Stunden umgesetzt.In a preferred embodiment, 0.5 g of lactic acid dissolved in 20 ml of deionized water is reacted with 0.4 g of Mg (OH) 2 over 0.2 g of Cu / SiO2 with a 25% load at a temperature of 513K for 4 hours.

Die aus dem Verfahren zur Herstellung von 1,2-Propandiol aus Milchsäure resultierenden Reaktionsgemische können nach herkömmlichen Methoden aufgereinigt werden, beispielsweise thermisch mittels destillativer oder rektifikativer Verfahren. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist 1,2-Propandiol durch Umsetzung in wässriger Lösung auf wirtschaftliche Weise herstellbar.The reaction mixtures resulting from the process for producing 1,2-propanediol from lactic acid can be purified by conventional methods, for example thermally by means of distillative or rectification processes. The process according to the invention can be used to produce 1,2-propanediol in an economical manner by reaction in an aqueous solution.

Insgesamt kann ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, das unter Verwendung eines gut verfügbaren, ressourcenschonenden Eduktes eine Herstellung von 1,2-Propandiol erlaubt. Die Umsetzung konnte unter Verwendung kostengünstiger Übergangsmetalle der vierten Periode wie Kupfer auf Trägern wie SiO2 mit hoher Selektivität geführt werden.Overall, a method can be made available using a readily available, resource-saving educt allows the production of 1,2-propanediol. The conversion could be carried out with high selectivity using inexpensive fourth period transition metals such as copper on carriers such as SiO 2 .

Wenn nicht anders ausgeführt, weisen die verwendeten technischen und wissenschaftlichen Ausdrücke die Bedeutung auf, wie sie gemeinhin von einem Durchschnittsfachmann in dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, verstanden wird.Unless otherwise stated, the technical and scientific terms used have the meanings commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

Beispiele und Figuren, die der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen, sind nachstehend angegeben.Examples and figures which serve to illustrate the present invention are given below.

Hierbei zeigt:

  • 1 die katalytische Aktivität an auf verschiedenen Oxiden geträgertem Kupfer.
  • 2 die katalytische Aktivität verschiedener SiO2-geträgerter Übergangsmetalle.
  • 3 die katalytische Aktivität in Anwesenheit verschiedener Hydroxide.
  • 4 die Temperaturabhängigkeit der Kupfer-katalysierten Hydrierung.
  • 5 die katalytische Aktivität in Abhängigkeit vom Wasserstoffdruck.
  • 6 den zeitlichen Verlauf der Umsetzung von Magnesiumlactat (Mg(LA)2) und Calciumlactat (Ca(LA)2) über Cu/SiO2.
  • 7 den Umsatz als Funktion der eingesetzten Menge an Milchsäure in Bezug auf Mg(OH)2.
  • 8 den zeitlichen Verlauf der Cobalt-katalysierten Umsetzung von Milchsäure
Here shows:
  • 1 the catalytic activity of copper supported on various oxides.
  • 2 the catalytic activity of various SiO2-supported transition metals.
  • 3 the catalytic activity in the presence of various hydroxides.
  • 4th the temperature dependence of the copper-catalyzed hydrogenation.
  • 5 the catalytic activity as a function of the hydrogen pressure.
  • 6th the time course of the conversion of magnesium lactate (Mg (LA) 2) and calcium lactate (Ca (LA) 2 ) over Cu / SiO 2 .
  • 7th the conversion as a function of the amount of lactic acid used in relation to Mg (OH) 2 .
  • 8th the time course of the cobalt-catalyzed conversion of lactic acid

Chemikalien:Chemicals:

Cu(NO3)2·3H2O, Co(NO3)2·6H2O, Ni(NO3)2·6H2O, Fe(NO3)3·9H2O, Zn(NO3)2·6H2O, Ammoniaklösung (25%), pyrogenes Kieselsäurepulver, kolloidale Kieselsäure (40%), Al2O3, La2O3, CeO2, TiO2, Magnesiumlactat, Calciumlactat, NaOH und KOH wurden von Sigma-Aldrich bezogen. Mg(OH)2, Ca(OH)2, Ba(OH)2 and La(OH)3 wurden von abcr GmbH bezogen. Mesoporöses Siliziumdioxid SBA-15 (Puralox) und KIT-1 wurde von der Sasol GmbH bezogen. Milchsäure wurde von Fluka bezogen.Cu (NO 3 ) 2 • 3H 2 O, Co (NO 3 ) 2 • 6H 2 O, Ni (NO 3 ) 2 • 6H 2 O, Fe (NO 3 ) 3 • 9H 2 O, Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O, ammonia solution (25%), pyrogenic silica powder, colloidal silica (40%), Al 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , TiO 2 , magnesium lactate, calcium lactate, NaOH and KOH were obtained from Sigma-Aldrich . Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , Ba (OH) 2 and La (OH) 3 were purchased from abcr GmbH. Mesoporous silicon dioxide SBA-15 (Puralox) and KIT-1 were obtained from Sasol GmbH. Lactic acid was purchased from Fluka.

Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC):High performance liquid chromatography (HPLC):

Die Flüssigphasenprodukte wurden mittels HPLC mithilfe eines Shimadzu Systems (Rezex ROA Organic Acid H+ (8%) Säule von Phenomenex, Eluent: 0,05 M H2SO4) analysiert.The liquid phase products were analyzed by HPLC using a Shimadzu system (Rezex ROA Organic Acid H + (8%) column from Phenomenex, eluent: 0.05 MH 2 SO 4 ).

Beispiel 1example 1

Herstellung von geträgerten ÜbergangsmetallkatalysatorenProduction of supported transition metal catalysts

Das Beispiel zeigt die Herstellung von Trägerkatalysatoren der Übergangsmetalle Fe, Co, Ni, Cu und Zn der vierten Periode. Metalloxide wie MgO, Al2O3, La2O3, SiO2, TiO2, CeO2, ZrO2 wurden als Träger ausgewählt. Zur Herstellung der Katalysatoren wurden Ammoniakverdampfungsfällung und Nassimprägnierungsverfahren verwendet.The example shows the production of supported catalysts of the transition metals Fe, Co, Ni, Cu and Zn of the fourth period. Metal oxides such as MgO, Al 2 O 3 , La 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , CeO 2 , ZrO 2 were selected as carriers. Ammonia evaporation precipitation and wet impregnation processes were used to make the catalysts.

Katalysatoren, die durch Nassimprägnierung hergestellt wurden, werden im Folgenden durch den Zusatz „WI“ gekennzeichnet, beispielsweise Cu/SiO2-WI, während eine Benennung ohne Zusatz, beispielsweise Cu/MOx, einen durch Ammoniakverdampfung hergestellten Katalysator anzeigt.Catalysts that were produced by wet impregnation are identified below by the addition “WI”, for example Cu / SiO 2 -WI, while a designation without an addition, for example Cu / MO x , indicates a catalyst produced by ammonia evaporation.

Ammoniakverdampfungsfällung:Ammonia evaporation precipitation:

Der Katalysator Cu/SiO2 wurde durch Ammoniakverdampfungsfällung hergestellt. Hierzu wurde die jeweils benötigte Menge an Cu(NO3)2·3H2O in entionisiertem Wasser in einem 250 ml-Rundkolben unter Rühren für 1 Stunde bei 750 U / min gelöst. Ammoniaklösung wurde durch Verdünnen einer 25% igen Ammoniaklösung auf bestimmte Konzentrationen mit entionisiertem Wasser in einem 200 ml Becherglas hergestellt. Dann wurde die verdünnte Ammoniaklösung unter ständigem Rühren in die Cu-Lösung getropft. Eine Stunde nach beendeter Zugabe der Ammoniaklösung wurde eine 40%ige kolloidale Kieselsäuresuspension tropfenweise zugegeben. Die erhaltene Aufschlämmung wurde über Nacht gerührt, bevor Ammoniak durch ein Ölbad bei 363 K verdampft wurde. Die Verdampfung wurde nicht angehalten, bis der pH-Wert der Aufschlämmung auf 7 fiel. Danach wurde die Aufschlämmung filtriert und mit 2000 ml entionisiertem Wasser gewaschen. Ein Rückstand wurde nach weiterer Entfernung des Wassers im Trockenschrank bei 353 K über Nacht erhalten. Der Rückstand wurde 4 Stunden unter Luftzufahr bei 823 K calciniert. Der Katalysator wurde nach vierstündiger Reduktion unter H2 bei 723 K erhalten. Das Verfahren wurde ebenfalls angewendet, um Cu/SBA-15, Cu/KIT, Fe/SiO2, Zn/SiO2, Ni/SiO2, Co/SiO2 herzustellen.The catalyst Cu / SiO2 was produced by ammonia evaporation precipitation. For this purpose, the respectively required amount of Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O was dissolved in deionized water in a 250 ml round bottom flask with stirring for 1 hour at 750 rpm. Ammonia solution was prepared by diluting a 25% ammonia solution to specific concentrations with deionized water in a 200 ml beaker. Then the dilute ammonia solution was added dropwise to the Cu solution with constant stirring. One hour after the addition of the ammonia solution had ended, a 40% strength colloidal silica suspension was added dropwise. The resulting slurry was stirred overnight before ammonia was evaporated through a 363K oil bath. The evaporation was not stopped until the pH of the slurry dropped to 7. The slurry was then filtered and washed with 2000 ml of deionized water. A residue was obtained after further removal of the water in a drying cabinet at 353 K overnight. The residue was calcined at 823 K for 4 hours with a supply of air. The catalyst was obtained after four hours of reduction under H2 at 723 K. The process was also used to make Cu / SBA-15, Cu / KIT, Fe / SiO 2 , Zn / SiO 2 , Ni / SiO 2 , Co / SiO 2 .

Nassimprägnierung:Wet impregnation:

Cu/SiO2-WI wurde durch Nassimprägnierung hergestellt. Cu(NO3)2· 3H2O wurde in einem 100 ml Rundkolben in deionisiertem Wasser gelöst und 1 h bei 750 U / min gerührt. Festes SiO2 wurde langsam zu der Lösung hinzu gegeben. Die Aufschlämmung wurde über Nacht weiter gerührt, bevor Wasser über einen Rotationsverdampfer entfernt wurde (323 K, 7 kPa und 160 U / min.). Die resultierenden Materialien wurden zusätzlich über Nacht bei 353 K im Trockenschrank getrocknet. Die Kalzinierung und Reduktion erfolgte wie oben beschrieben. Das Verfahren wurde ebenfalls zur Herstellung von Cu/-Al2O3-WI, Cu/La2O3-WI, Cu/CeO2-WI und Cu/TiO2-WI verwendet.Cu / SiO 2 -WI was produced by wet impregnation. Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O was dissolved in deionized water in a 100 ml round bottom flask and stirred at 750 rpm for 1 hour. Solid SiO 2 was slowly added to the solution. The slurry was stirred further overnight before water was removed on a rotary evaporator (323 K, 7 kPa and 160 rpm). The resulting materials were additionally dried overnight at 353 K in a drying cabinet. The calcination and reduction took place as described above. The process was also used for the production of Cu / -Al 2 O 3 -WI, Cu / La 2 O 3 -WI, Cu / CeO 2 -WI and Cu / TiO 2 -WI.

Beispiel 2Example 2

Hydrierung von Milchsäure über Kupfer auf verschiedenen Trägern in Gegenwart von Mg(OH)2 Hydrogenation of lactic acid over copper on various supports in the presence of Mg (OH) 2

Das Beispiel veranschaulicht die Hydrierung von Milchsäure in Gegenwart von Mg(OH)2 über Cu, das auf verschiedenen Oxiden (MOx) geträgert ist. Die Reaktion wurde in einem 50 ml-Autoklaven mit Teflon-Einlass durchgeführt. 0,5 g Milchsäure, gelöst in 20 ml entionisiertem Wasser, wurden zusammen mit 0,1 g Cu/MOx und 0,1 g Mg(OH)2 zugegeben. Der verschlossene Autoklav wurde fünfmal gespült und mit H2 auf 50 bar gebracht. Die Reaktion wurde 4 Stunden bei 513 K unter Rühren bei 750 U / min durchgeführt.The example illustrates the hydrogenation of lactic acid in the presence of Mg (OH) 2 over Cu, which is supported on various oxides (MO x ). The reaction was carried out in a 50 ml autoclave with a Teflon inlet. 0.5 g of lactic acid dissolved in 20 ml of deionized water was added along with 0.1 g of Cu / MO x and 0.1 g of Mg (OH) 2. The closed autoclave was flushed five times and brought to 50 bar with H2. The reaction was carried out for 4 hours at 513 K with stirring at 750 rpm.

Die 1 zeigt die katalytische Leistung der einzelnen Katalysatoren, unter den folgenden Reaktionsbedingungen: 0,1 g Katalysator, 25% Beladung, 0,5g Milchsäure, 0,1g Mg(OH)2, 20 ml H2O, 513 K, 5 MPa H2, 4 h. Wie man der 1 entnimmt, zeigte Kupfer geträgert auf Silika, Cu/SiO2 (kolloidales Siliciumdioxid), einen Umsatz von 23%, durch Naßimprägnierung geträgert auf La2O3 (Cu/La2O3-WI) eine Umwandlung von 14,2%, während Kupfer geträgert auf Al2O3, pyrogenem SiO2, CeO2, TiO2, KIT und SBA-15 eine Umsetzung unter 5% zeigten. Es ezigte sich, dass auf allen Oxiden geträgertes Cu bei der Umwandlung von Milchsäure wirksam ist. Unter diesen ist das durch Ammoniakverdampfung hergestellte Cu/SiO2 am effizientesten. Die Selektivität der Umwandlung zu 1,2-Propandiol (1,2-PDO) lag bei allen Katalysatoren bei über 95%.The 1 shows the catalytic performance of the individual catalysts under the following reaction conditions: 0.1 g catalyst, 25% loading, 0.5 g lactic acid, 0.1 g Mg (OH) 2, 20 ml H 2 O, 513 K, 5 MPa H2, 4 h. How to get the 1 shows copper supported on silica, Cu / SiO2 (colloidal silicon dioxide), a conversion of 23%, by wet impregnation supported on La 2 O 3 (Cu / La 2 O 3 -WI) a conversion of 14.2%, while copper supported on Al 2 O 3 , pyrogenic SiO 2 , CeO 2 , TiO 2 , KIT and SBA-15 showed a conversion of less than 5%. It was found that Cu supported on all oxides is effective in converting lactic acid. Of these, Cu / SiO2 produced by ammonia evaporation is the most efficient. The selectivity for conversion to 1,2-propanediol (1,2-PDO) was over 95% for all catalysts.

Beispiel 3Example 3

Hydrierung von Milchsäure an verschiedenen SiO2-geträgerten Metallkatalysatoren in Gegenwart von Mg(OH)2 Hydrogenation of lactic acid over various SiO 2 -supported metal catalysts in the presence of Mg (OH) 2

Das Beispiel veranschaulicht die Hydrierung von Milchsäure an verschiedenen Nicht-Edelmetallkatalysatoren (M) auf SiO2-Trägern in Gegenwart von Mg(OH)2. Die Reaktion wurde in einem 50 ml-Autoklaven mit Teflon-Einlass durchgeführt. 0,5 g Milchsäure, gelöst in 20 ml entionisiertem Wasser, wurden zusammen mit 0,04 mmol M/SiO2 und 0,4 g Mg(OH)2 zugegeben. Der verschlossene Autoklav wurde fünfmal gespült und mit H2 auf 50 bar gebracht. Die Reaktion wurde 4 h bei 513 K unter Rühren bei 750 U / min durchgeführt.The example illustrates the hydrogenation of lactic acid over various non-noble metal catalysts (M) on SiO 2 supports in the presence of Mg (OH) 2. The reaction was carried out in a 50 ml autoclave with a Teflon inlet. 0.5 g of lactic acid, dissolved in 20 ml of deionized water, was added together with 0.04 mmol of M / SiO 2 and 0.4 g of Mg (OH) 2. The closed autoclave was flushed five times and brought to 50 bar with H2. The reaction was carried out for 4 hours at 513 K with stirring at 750 rpm.

Die katalytischen Leistungen der Katalysatoren unter den beschriebenen Reaktionsbedingungen: 0,04 mmol Metall, 25% Beladung, 0,5g Milchsäure, 0,4g Mg(OH)2, 20 ml H2O, 513 K, 5 MPa H2, 4 h sind in 2 dargestellt. Wie man der 2 entnimmt, wurde 1,2-Propandiol (1,2-PDO) als gewünschtes Produkt erhalten, begleitet von Propanol (1-PO) und Isopropanol (2-PO) als Nebenprodukten. Der Umsatz von Milchsäure über Fe- und Zn/SiO2-Katalysatoren war gering. Eine 21%ige Umwandlung von Milchsäure mit einer Selektivität von 29,4% zu 1,2-PDO und 70,6% zu 2-Propanol (2-PO) wurde gegenüber Ni/SiO2 erhalten. Die Umwandlung stieg gegenüber Cu/SiO2 auf 50,8%, wobei ebenfalls die Selektivität für 1,2-PDO auf bis zu 98,2% stieg. Bei der Katalyse von Co/SiO2 wurde eine weitere Umsatzsteigerung auf 94,0% erzielt. Die Selektivität zu 1,2-PDO nahm jedoch auf 36,3% ab. Es wurden zwei Nebenprodukte mit einer Selektivität von 17,7% für 1-PO und 46,0% für 2-Propanol (2-PO) erhalten.The catalytic performance of the catalysts under the reaction conditions described: 0.04 mmol of metal, 25% loading, 0.5g of lactic acid, 0.4g of Mg (OH) 2, 20 ml of H 2 O, 513 K, 5 MPa H2, 4 h in 2 shown. How to get the 2 taken out, 1,2-propanediol (1,2-PDO) was obtained as a desired product, accompanied by propanol (1-PO) and isopropanol (2-PO) as by-products. The conversion of lactic acid over Fe and Zn / SiO 2 catalysts was low. A 21% conversion of lactic acid with a selectivity of 29.4% to 1,2-PDO and 70.6% to 2-propanol (2-PO) was obtained over Ni / SiO 2 . The conversion increased to 50.8% compared to Cu / SiO 2 , with the selectivity for 1,2-PDO also increasing to up to 98.2%. With the catalysis of Co / SiO 2 , a further increase in sales to 94.0% was achieved. However, the selectivity to 1,2-PDO decreased to 36.3%. Two by-products were obtained with a selectivity of 17.7% for 1-PO and 46.0% for 2-propanol (2-PO).

Beispiel 4Example 4

Hydrierung von Milchsäure an Cu/SiO2 in Gegenwart verschiedener BasenHydrogenation of lactic acid on Cu / SiO2 in the presence of various bases

Das Beispiel veranschaulicht die Hydrierung von Milchsäure an Cu/SiO2 in Gegenwart verschiedener Basen. Die Reaktion wurde in einem 50 ml-Autoklaven mit Teflon-Einlass durchgeführt. 0,5 g Milchsäure, gelöst in 20 ml entionisiertem Wasser, wurden zusammen mit 0,1 g Cu/SiO2 und jeweils 1,37 mmol OH- als NaOH, KOH, Zr(OH)2, Sr(OH)2, Ca(OH)2, Mg(OH)2 oder La(OH)3 zugegeben. Der verschlossene Autoklav wurde fünfmal gespült und mit H2 auf 50 bar gebracht. Die Reaktion wurde für 4 Stunden bei 513 K unter Rühren bei 750 U / min durchgeführt.The example illustrates the hydrogenation of lactic acid on Cu / SiO 2 in the presence of various bases. The reaction was carried out in a 50 ml autoclave with a Teflon inlet. 0.5 g of lactic acid, dissolved in 20 ml of deionized water, together with 0.1 g of Cu / SiO2 and 1.37 mmol of OH each - as NaOH, KOH, Zr (OH) 2, Sr (OH) 2, Ca ( OH) 2, Mg (OH) 2 or La (OH) 3 added. The closed autoclave was flushed five times and brought to 50 bar with H2. The reaction was carried out for 4 hours at 513 K with stirring at 750 rpm.

Die Abhängigkeit der katalytischen Leistung in Gegenwart verschiedener Basen unter den beschriebenen Reaktionsbedingungen: 0,1g 25% Cu/SiO2, 0,5g Milchsäure, 1,37 mmol OH-, 20 ml H2O, 513 K, 5 MPa H2, 4 Stunden, ist in 3 dargestellt. Als Kontrolle (Blank) diente eine Probe ohne Base jedoch ansonsten gleichen Parametern von 0,1g 25% Cu/SiO2, 0,5g Milchsäure, 20 ml H2O, 513 K, 5 MPa H2, 4 Stunden.The dependence of the catalytic performance in the presence of different bases under the reaction conditions described: 0.1 g 25% Cu / SiO 2 , 0.5 g lactic acid, 1.37 mmol OH - , 20 ml H 2 O, 513 K, 5 MPa H2, 4 Hours is in 3 shown. A sample without base, but otherwise the same parameters of 0.1 g 25% Cu / SiO 2 , 0.5 g lactic acid, 20 ml H 2 O, 513 K, 5 MPa H2, 4 hours served as control (blank).

Die eingebrachten OH--Anteile waren in allen Fällen identisch. Wie man der 3 entnimmt, wurde bei Verwendung von NaOH, KOH, Zr(OH)2, Sr(OH)2 oder La(OH)3 kein nennenswerter Umsatz (<5%) erzielt. Unter Verwendung von Ca(OH)2 wurde jedoch eine 10% ige Umwandlung von Milchsäure in 1,2-PDO erhalten. Eine signifikantere Steigerung auf 50,8% fand bei Verwendung von Mg(OH)2 statt. Dies deutet daraufhin, dass Mg(OH)2 der aussichtsreichste Kandidat für die Umwandlung von Milchsäure ist. Die Selektivitäten für 1,2-PDO lag in allen Fällen höher als 95%.The OH - components introduced were identical in all cases. How to get the 3 removed, when using NaOH, KOH, Zr (OH) 2, Sr (OH) 2 or La (OH) 3, no significant conversion (<5%) was achieved. However, a 10% conversion of lactic acid to 1,2-PDO was obtained using Ca (OH) 2. A more significant increase to 50.8% took place when using Mg (OH) 2. This suggests that Mg (OH) 2 is the most promising candidate for lactic acid conversion. The selectivities for 1,2-PDO were higher than 95% in all cases.

Beispiel 5 Example 5

Untersuchung des Einflusses der TemperaturInvestigation of the influence of temperature

Das Beispiel veranschaulicht die Beeinflussung der Hydrierung von Milchsäure durch Temperatur unter Verwendung von Cu/SiO2 in Gegenwart von Mg(OH)2. Die Reaktion wurde in einem 50 ml-Autoklaven mit Teflon-Einlass durchgeführt. 0,5 g Milchsäure, gelöst in 20 ml entionisiertem Wasser, wurden zusammen mit 0,1 g Cu/SiO2 und 0,4 g Mg(OH)2 zugegeben. Der verschlossene Autoklav wurde fünfmal gespült und mit H2 auf 50 bar gebracht. Die Reaktion wurde bei unterschiedlichen Temperaturen von 473 K, 493 K und 513 K für 4 Stunden unter Rühren bei 750 U / min durchgeführt.The example illustrates the influence of temperature on the hydrogenation of lactic acid using Cu / SiO2 in the presence of Mg (OH) 2. The reaction was carried out in a 50 ml autoclave with a Teflon inlet. 0.5 g of lactic acid, dissolved in 20 ml of deionized water, was added along with 0.1 g of Cu / SiO2 and 0.4 g of Mg (OH) 2. The closed autoclave was flushed five times and brought to 50 bar with H2. The reaction was carried out at different temperatures of 473 K, 493 K and 513 K for 4 hours with stirring at 750 rpm.

Die Abhängigkeit der katalytischen Leistung von der Temperatur ist in 4 dargestellt. Wie man der 4 entnimmt, fand bei 473K findet eine geringe Umwandlung (1,7%) der Milchsäure statt, wobei der Umsatz bei 493K auf 37,3% stieg. Mit steigender Temperatur steigt der Umsatz bei 513K auf 50,4%. Das Temperaturprofil zeigt, dass eine höhere Temperatur die Umwandlung von Milchsäure begünstigt. Die Selektivität für 1,2-PDO lag bei jeder der untersuchten Temperaturen höher als 95%.The dependence of the catalytic performance on the temperature is in 4th shown. How to get the 4th there was a slight conversion (1.7%) of lactic acid at 473K, with the conversion increasing to 37.3% at 493K. As the temperature rises, the conversion at 513K increases to 50.4%. The temperature profile shows that a higher temperature favors the conversion of lactic acid. The selectivity for 1,2-PDO was higher than 95% at each of the temperatures examined.

Beispiel 6Example 6

Untersuchung des Einflusses des Wasserstoff-DrucksInvestigation of the influence of hydrogen pressure

Das Beispiel veranschaulicht, wie die Hydrierung von Milchsäure durch Variation des Wasserstoff-Drucks unter Verwendung von Cu/SiO2 in Gegenwart von Mg(OH)2 beeinflusst wird. Die Reaktion wurde in einem 50 ml-Autoklaven mit Teflon-Einlass durchgeführt. 0,5 g Milchsäure, gelöst in 20 ml entionisiertem Wasser, wurden zusammen mit 0,1 g Cu/SiO2 und 0,4 g Mg(OH)2 zugegeben. Der verschlossene Autoklav wurde fünfmal gespült und H2 wurde mit verschiedenem Druck aufgepreßt. Die Reaktion wurde 4 h bei 513 K unter Rühren bei 750 U / min durchgeführt.The example illustrates how the hydrogenation of lactic acid is influenced by varying the hydrogen pressure using Cu / SiO2 in the presence of Mg (OH) 2. The reaction was carried out in a 50 ml autoclave with a Teflon inlet. 0.5 g of lactic acid, dissolved in 20 ml of deionized water, was added along with 0.1 g of Cu / SiO2 and 0.4 g of Mg (OH) 2. The closed autoclave was flushed five times and H2 was injected at different pressures. The reaction was carried out for 4 hours at 513 K with stirring at 750 rpm.

Die Abhängigkeit der katalytischen Leistungen von verschiedenen H2-Drücken ist in 5 dargestellt. Wie man der 5 entnimmt, stieg die Umwandlung von Milchsäure von 16,0% bei 1 MPa auf 86,4% bei 4 MPa und bliebt bei höherem Druck konstant. Dies zeigt, dass ein Druck von weniger als 4 MPa die Umwandlung von Milchsäure begünstigt, ein Druck von mehr als 4 MPa jedoch keinen Einfluss auf die Umwandlung hat. Die Selektivität für 1,2-PDO lag bei jedem Druck höher als 95%.The dependence of the catalytic performance on different H2 pressures is in 5 shown. How to get the 5 removed, the conversion of lactic acid rose from 16.0% at 1 MPa to 86.4% at 4 MPa and remained constant at higher pressure. This shows that a pressure of less than 4 MPa favors the conversion of lactic acid, but a pressure of more than 4 MPa has no influence on the conversion. The selectivity for 1,2-PDO was greater than 95% at each pressure.

Beispiel 7Example 7

Hydrierung von alkalischen Lactaten über Cu/SiO2 in Abwesenheit von BaseHydrogenation of alkaline lactates over Cu / SiO2 in the absence of base

Das Beispiel veranschaulicht die Hydrierung von Magnesiumlactat (Mg(LA)2) und Calciumlactat (Ca(LA)2) über Cu/SiO2. Die Reaktion wurde in einem 50 ml-Autoklaven mit Teflon-Einlass durchgeführt. Eine entsprechende Menge des alkalischer Salzes, gelöst in 20 ml entionisiertem Wasser, wurde zusammen mit 0,1 g Cu/SiO2 zugegeben. Hierbei wurden jeweils 5,6 mmol Lactat verwendet. Der verschlossene Autoklav wurde fünfmal gespült und mit H2 auf 50 bar gebracht. Die Reaktion wurde bei 513 K unter Rühren 750 U / min durchgeführt. Nach 0,5, 1, 2, 4 und 8 Stunden, nachdem die Temperatur 513K erreichte, wurden Proben genommen.The example illustrates the hydrogenation of magnesium lactate (Mg (LA) 2 ) and calcium lactate (Ca (LA) 2 ) over Cu / SiO 2 . The reaction was carried out in a 50 ml autoclave with a Teflon inlet. A corresponding amount of the alkaline salt, dissolved in 20 ml of deionized water, was added together with 0.1 g of Cu / SiO2. In each case, 5.6 mmol of lactate were used. The closed autoclave was flushed five times and brought to 50 bar with H2. The reaction was carried out at 513 K with 750 rpm stirring. Samples were taken at 0.5, 1, 2, 4 and 8 hours after the temperature reached 513K.

Die Umwandlungen der Substrate über die Zeit sind in 6 dargestellt. Wie man der 6 entnimmt, betrug die Umwandlung von Mg(LA)2 nach 0,5 Stunden 34,8% und stieg nach 2 Stunden auf 95%. Die Umwandlung von Ca(LA)2 war demgegenüber geringer und erreichte nach 0,5 Stunden 1,1% und stieg nach 8 Stunden auf 20,0%. Es ezigte sich, dass Mg(LA)2 und Ca(LA)2 beide zu 1,2-PDO umgewandelt wurden, wobei bei Mg(LA)2 eine höhere Effizienz erzielt wurde. Die Selektivität für 1,2-PDO lag in beiden Fällen höher als 95%.The transformations of the substrates over time are in 6th shown. How to get the 6th the conversion of Mg (LA) 2 was 34.8% after 0.5 hours and increased to 95% after 2 hours. The conversion of Ca (LA) 2, on the other hand, was lower, reaching 1.1% after 0.5 hours and increasing to 20.0% after 8 hours. It turned out that Mg (LA) 2 and Ca (LA) 2 were both converted to 1,2-PDO, with Mg (LA) 2 having higher efficiency. The selectivity for 1,2-PDO was higher than 95% in both cases.

Beispiel 8Example 8

Untersuchung des Einflusses der LaktatmengeInvestigation of the influence of the amount of lactate

Das Beispiel veranschaulicht, wie die Hydrierung von Milchsäure als Funktion der eingesetzten Menge an Milchsäure in Bezug auf Mg(OH)2 beeinflusst wird. Die Reaktion wurde in einem 50 ml-Autoklaven mit Teflon-Einlass durchgeführt. 1,25, 2,5 oder 3,75 Äquivalente an Milchsäure, gelöst in 20 ml entionisiertem Wasser, wurden zusammen mit 0,1 g Cu/SiO2 (25%ige Beladung) und 0,4 g Mg(OH)2 zugegeben. Der verschlossene Autoklav wurde fünfmal gespült und mit H2 auf 50 bar gebracht.. Die Reaktion wurde 4 h bei 513 K unter Rühren bei 750 U / min durchgeführt.The example illustrates how the hydrogenation of lactic acid is influenced as a function of the amount of lactic acid used in relation to Mg (OH) 2. The reaction was carried out in a 50 ml autoclave with a Teflon inlet. 1.25, 2.5 or 3.75 equivalents of lactic acid dissolved in 20 ml of deionized water were added along with 0.1 g of Cu / SiO2 (25% loading) and 0.4 g of Mg (OH) 2. The closed autoclave was rinsed five times and brought to 50 bar with H2. The reaction was carried out for 4 h at 513 K with stirring at 750 rpm.

7 zeigt den Umsatz als Funktion der eingesetzten Menge an Milchsäure in Bezug auf Mg(OH)2. Wie man der 7 entnimmt, betrug die Umwandlung 50,4%, wenn 0,5 g Milchsäure in 20 ml Wasser eingebracht wurden. Bei einer höheren Menge an Milchsäure nahm die Umwandlung ab. Es wurde beobachtet, dass sich nur 0,8% Milchsäure umwandelte, wenn die eingefüllte Menge 1,5 g betrug. Dies zeigt, dass die Menge an Milchsäure ein weiterer Faktor ist, der die Reaktion signifikant beeinflusst. 7th shows the conversion as a function of the amount of lactic acid used in relation to Mg (OH) 2. How to get the 7th the conversion was 50.4% when 0.5 g of lactic acid was placed in 20 ml of water. With a higher amount of lactic acid, the conversion decreased. It was observed that only 0.8% lactic acid was converted when the amount charged was 1.5 g. This shows that the amount of lactic acid is another factor that significantly affects the response.

Beispiel 9 Example 9

Untersuchung der Cobalt-katalysierten Umsetzung von MilchsäureInvestigation of the cobalt-catalyzed conversion of lactic acid

Das Beispiel veranschaulicht die Hydrierung von Milchsäure an Cobalt als Katalysator geträgert auf SiO2 bei 10%iger Beladung in Gegenwart von Mg(OH)2. Die Reaktion wurde in einem 50 ml-Autoklaven mit Teflon-Einlass durchgeführt. 0,5 g Milchsäure, gelöst in 20 ml entionisiertem Wasser, wurden zusammen mit 0,1g 10%Co/SiO2 und 0,4 g Mg(OH)2 zugegeben. Der verschlossene Autoklav wurde fünfmal gespült und mit H2 auf 50 bar gebracht. Die Reaktion wurde über 0,5, 2, 4, 8 oder 24 Stunden bei 513 K unter Rühren bei 750 U / min durchgeführt.The example illustrates the hydrogenation of lactic acid on cobalt as a catalyst supported on SiO 2 with 10% loading in the presence of Mg (OH) 2. The reaction was carried out in a 50 ml autoclave with a Teflon inlet. 0.5 g of lactic acid dissolved in 20 ml of deionized water was added along with 0.1 g of 10% Co / SiO 2 and 0.4 g of Mg (OH) 2. The closed autoclave was flushed five times and brought to 50 bar with H2. The reaction was carried out for 0.5, 2, 4, 8 or 24 hours at 513 K with stirring at 750 rpm.

8 zeigt den zeitlichen Verlauf der Cobalt-katalysierten Umsetzung von Milchsäure. Wie man der 8 entmint, wurde nach 0,5 Stunden Reaktionszeit ein Umsatz von 20,7% Milchsäure zu 1,2-Propandiol (1,2-PDO) mit einer Selektivität von 100% zu erhalten. Der Umsatz stieg mit der Reaktionszeit an, während die Selektivität der Umwandlung zu 1,2-Propandiol abnahm und als Nebenprodukt Propanol (1-PO) auf Kosten von 1,2-PDO entstand. Eine Umwandlung von 89% mit einer Selektivität von 84,9% zu 1,2-PDO und einer Selektivität von 15,1% zu 1,2-PO wurde nach 24 Stunden erhalten. Dies zeigt, dass unter Verwendung von Cobalt als Katalysator, bereits bei einer 10%igen Beladung 1,2-Propandiol mit hoher Selektivität aus Milchsäure hergestellt werden kann. 8th shows the time course of the cobalt-catalyzed conversion of lactic acid. How to get the 8th deminished, a conversion of 20.7% lactic acid to 1,2-propanediol (1,2-PDO) with a selectivity of 100% was obtained after a reaction time of 0.5 hours. The conversion increased with the reaction time, while the selectivity of the conversion to 1,2-propanediol decreased and propanol (1-PO) was formed as a by-product at the expense of 1,2-PDO. A conversion of 89% with a selectivity of 84.9% to 1,2-PDO and a selectivity of 15.1% to 1,2-PO was obtained after 24 hours. This shows that using cobalt as a catalyst, 1,2-propanediol can be produced from lactic acid with high selectivity even with a 10% loading.

Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass eine Herstellung von 1,2-Propandiol aus Milchsäure durch katalytische Hydrierung in wässriger Lösung in Gegenwart einer Base und/oder eines basischen Salzes eines Alkalimetalls und/oder Erdalkalimetalls mit sehr guter Selektivität und hoher Ausbeute zur Verfügung gestellt werden kann.Overall, the results show that 1,2-propanediol can be produced from lactic acid by catalytic hydrogenation in aqueous solution in the presence of a base and / or a basic salt of an alkali metal and / or alkaline earth metal with very good selectivity and high yield .

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Claims (9)

Verfahren zur Herstellung von 1,2-Propandiol aus Milchsäure durch katalytische Hydrierung in wässriger Lösung, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in Gegenwart einer Base und/oder eines basischen Salzes eines Alkalimetalls und/oder Erdalkalimetalls durchführt.Process for the preparation of 1,2-propanediol from lactic acid by catalytic hydrogenation in aqueous solution, characterized in that the reaction is carried out in the presence of a base and / or a basic salt of an alkali metal and / or alkaline earth metal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdalkalimetall ausgewählt ist aus Calcium und/oder Magnesium, insbesondere Magnesium.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the alkaline earth metal is selected from calcium and / or magnesium, in particular magnesium. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Base und/oder das basische Salz eines Erdalkalimetalls ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Calciumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumacetat und/oder Magnesiumacetat.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the base and / or the basic salt of an alkaline earth metal is selected from the group comprising calcium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium acetate and / or magnesium acetate. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Base Magnesiumhydroxid ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the base is magnesium hydroxide. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das basische Salz des Erdalkalimetalls ausgewählt ist aus Calciumlactat und/oder Magnesiumlactat.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the basic salt of the alkaline earth metal is selected from calcium lactate and / or magnesium lactate. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung unter heterogener Katalyse unter Verwendung eines Übergangsmetalls ausgewählt aus der Gruppe der vierten Periode umfassend Kupfer, Nickel, Cobalt, Zink und/oder Eisen, insbesondere Kupfer oder Cobalt, durchführt.Process according to one of the preceding claims, characterized in that the reaction is carried out under heterogeneous catalysis using a transition metal selected from the group of the fourth period comprising copper, nickel, cobalt, zinc and / or iron, in particular copper or cobalt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man den Katalysator in geträgerter Form auf einem Trägermaterial ausgewählt aus Silika, Aluminiumoxid, Lanthanoxid, Zirkoniumoxid und/oder Alumosilikate, insbesondere Silika, einsetzt.Process according to one of the preceding claims, characterized in that the catalyst is used in supported form on a support material selected from silica, aluminum oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide and / or aluminosilicates, in particular silica. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung bei einer Temperatur im Bereich von ≥ 393 K bis ≤ 773 K, bevorzugt im Bereich von ≥ 493 K bis ≤ 513 K, durchführt.Process according to one of the preceding claims, characterized in that the reaction is carried out at a temperature in the range from 393 K to 773 K, preferably in the range from 493 K to 513 K. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man den Wasserstoff mit einem Wasserstoffdruck im Bereich von ≥ 1 MPa bis ≤ 5 MPa, vorzugsweise im Bereich von ≥ 2 MPa bis ≤ 4 MPa, aufpresst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogen is injected with a hydrogen pressure in the range from ≥ 1 MPa to ≤ 5 MPa, preferably in the range from ≥ 2 MPa to ≤ 4 MPa.
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