一种催化剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供一种催化剂的制备方法，包括以下步骤：将磷酸锶煅烧得到焦磷酸锶载体；将焦磷酸锶载体浸渍在磷酸4h后抽滤、洗涤干燥后得到磷酸修饰的焦磷酸锶载体；将所述磷酸修饰的焦磷酸锶载体与Cs+混合并焙烧后，即得到本发明专利技术催化剂。本发明专利技术所述磷酸浸渍焦磷酸锶负载型铯催化剂制备简单，绿色环保，成本低廉，催化活性高，且提高了对乳酸缩合反应制备2,3‑戊二酮催化性能，有着很高的商业化开发价值。

A catalyst and its preparation method and Application

The invention provides a preparation method of a catalyst, including the following steps: calcining strontium phosphate to get strontium pyrophosphate carrier, impregnating strontium pyrophosphate carrier in the phosphoric acid 4h after pumping, washing and drying to obtain the strontium pyrophosphate carrier modified by phosphoric acid, and mixing the strontium pyrophosphate carrier with the phosphoric acid with Cs+ and roasting it, that is, the strontium pyrophosphate is obtained. The invention of the invention. The phosphoric acid soaking strontium pyrophosphate supported cesium catalyst has the advantages of simple preparation, green environmental protection, low cost, high catalytic activity, and high catalytic performance for the preparation of 2,3 glutarone by lactic acid condensation reaction, and has a high commercial development value.

【技术实现步骤摘要】
一种催化剂及其制备方法、应用
本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种催化剂及其制备方法、应用。
技术介绍
2,3-戊二酮是一种用途非常广泛的高价值精细化学品。制备2,3-戊二酮的经典方法主要有2种：一是从芬兰松等精油中提取，但是原料来源有限，生产成本高且产率低。二是在盐酸羟胺存在和用氮气保护的条件下，用过量的亚硝酸钠和稀盐酸氧化甲基丙基酮来制备，该工艺以石油基产品为原料，成本较高，生产过程存在废酸产量大等环保问题。随着石油资源的不断紧张和环保政策的日趋严格，开发以可再生的生物基原料替代化石原料生产化学品受到广泛关注。乳酸系典型的生物质的衍生物，用其作为原料生产2,3-戊二酮为一条清洁的生产工艺路线。通过归纳整理目前乳酸合成的文献，发现乳酸合成主要有微生物酶催化和化学催化法两种。其制备乳酸的原料有玉米淀粉，树叶、植物秸秆等中的纤维素、半纤维素，生物柴油的副产物甘油。正因为制备乳酸的原料价廉、来源广泛，再加上合成乳酸方法中的发酵法技术成熟，因此，乳酸的价格比较便宜。如何提升乳酸的价值，乳酸的精深加工是目前的较好选择，即乳酸缩合反应制备2,3-戊二酮的催化剂开发及工艺。乳酸缩合反应制备2,3-戊二酮虽有少量文献报道，但所用催化剂的活性不高，并且大多数缺少催化稳定性考察。究其原因所设计的催化剂更多的突出催化剂的碱性(匹配缩合过程的脱羧反应)，忽略了催化剂的酸性(匹配缩合过程的脱水反应)。因此，所设计的催化剂的酸碱性质与催化乳酸缩合过程所需的酸碱位不匹配，其结果导致催化剂的性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种针对乳酸缩合反应的特点，即酸碱协同催化作用，提供一种用磷酸浸渍焦磷酸锶负载型铯催化剂，由于焦磷酸锶表面微弱的酸性位有助于脱水反应，所引入的铯物种的碱性有助于脱羧反应，为了使制备出来的催化剂的酸碱性质与催化乳酸缩合过程所需的酸碱位匹配，因此用一定质量浓度的磷酸对焦磷酸锶进行浸渍处理后增加焦磷酸锶表面的酸性位，因此，所构建的用磷酸浸渍后的焦磷酸锶负载型铯催化剂在乳酸缩合制备2,3-戊二酮反应中展示了良好的催化性能。一种催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将磷酸锶煅烧得到焦磷酸锶载体；步骤2：将焦磷酸锶载体浸渍在磷酸4h后抽滤、洗涤干燥后得到磷酸修饰的焦磷酸锶载体；步骤3：将所述磷酸修饰的焦磷酸锶载体与Cs+混合并焙烧后，即得到本专利技术催化剂。进一步地，如上所述的催化剂的制备方法，步骤2中所述磷酸的质量浓度为0.05％-2％。进一步地，如上所述的催化剂的制备方法，步骤3中所述焦磷酸锶中Sr2+与所述Cs+的摩尔质量比为：2.5:(0.5-2)。进一步地，如上所述的催化剂的制备方法，步骤3包括：将所述磷酸修饰的焦磷酸锶载体与Cs+在蒸馏水中超声，然后蒸发去水分后再进行焙烧。进一步地，如上所述的催化剂的制备方法，步骤3中焙烧的条件为450-800℃条件下焙烧3h。进一步地，如上所述的催化剂的制备方法，所述磷酸锶的制备包括：将硝酸锶与磷酸氢二铵搅拌反应2h后抽滤、洗涤、干燥后得到。一种如上任一所述方法制备得到的催化剂。一种如上所述催化剂在催化乳酸进行缩合反应制备2,3-戊二酮的应用。有益效果：本专利技术方法制备出用磷酸浸渍焦磷酸锶负载型铯催化剂，表面既具有合适的酸性位也具有合适的碱性位，因而在催化乳酸缩合制备2,3-戊二酮工艺中提高了其催化性能。譬如当焦磷酸锶未用磷酸浸渍时，锶离子(Sr2+)与铯离子(Cs+)物质的量之比为2.5:1的催化剂，在300℃下，乳酸的转化率大于80％，2,3-戊二酮的选择性约50％。当磷酸锶用质量浓度为0.15％的磷酸浸渍4h后，Sr2+与Cs+物质的量之比依然为2.5:1时所制备的催化剂，在300℃下，乳酸的转化率大于90％，2,3-戊二酮的选择性大于60％。当磷酸锶仍然采用质量浓度为0.15％的磷酸浸渍4h，Sr2+与Cs+物质量之比为2.5:1.5的催化剂(Cs+负载量增加)，在300℃下，乳酸的转化率大于90％，2,3-戊二酮的选择性约为65％。催化剂连续运行23h，催化剂的选择性几乎不变。本专利技术所述磷酸浸渍焦磷酸锶负载型铯催化剂制备简单，绿色环保，成本低廉，催化活性高，且提高了对乳酸缩合反应制备2,3-戊二酮催化性能，有着很高的商业化开发价值。附图说明图1是不同质量浓度酸、碱修饰焦磷酸锶负载型铯催化剂红外谱图；图2是不同质量浓度酸、碱修饰焦磷酸锶负载型铯催化剂XRD图；图3是实施例一经磷酸修饰后的焦磷酸锶的扫描电镜(SEM)图；图4是对照实施例1焦磷酸锶的扫描电镜(SEM)图；图5是对照实施例2经蒸馏水浸泡的焦磷酸锶的扫描电镜(SEM)图；图6是对照实施例3经质量浓度为0.15％的磷酸修饰后的焦磷酸锶的扫描电镜(SEM)图；图7是对照实施例4经质量浓度为0.25％的磷酸修饰后的焦磷酸锶的扫描电镜(SEM)图；图8是对照实施例5经质量浓度为2％的磷酸修饰后的焦磷酸锶的扫描电镜(SEM)图；图9是对照实施例6经质量浓度为2％的正丁胺浸泡的焦磷酸锶的扫描电镜(SEM)图；图10是0.15wt％的磷酸浸渍后焦磷酸锶负载型铯催化剂稳定性实验柱状图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一取12.7g硝酸锶溶于200mL的蒸馏水中充分搅拌30min，再向溶液中加入6.34g磷酸氢二铵搅拌反应2h后抽滤，用蒸馏水洗涤沉淀3次，转移到120℃的烘箱中干燥10h。此后将其置于马弗炉中在500℃下焙烧3h，得到焦磷酸锶。取2.00g焦磷酸锶在15.00g质量浓度为0.05％的磷酸中浸渍4h后抽滤、洗涤，在120℃的烘箱中干燥5h。随后，将所制得的经磷酸修饰的焦磷酸锶作为载体，按Sr2+和Cs+摩尔质量比为2.5:1分别取相应量的载体和硝酸铯溶解于20mL的蒸馏水中，超声10min后在80℃的油浴锅中缓慢蒸干，在600℃的马弗炉中焙烧3h，即得到相应的催化剂。选用一根长400mm，内径为4mm的石英管，将0.23g上述备用催化剂装填于石英管中，催化剂在管中的长度为30mm，催化剂两端均用石英棉封端。催化剂装填结束、固定床反应器安装完备，打开载气，固定床以5℃/min程序升温至300℃，稳定1h后，开始向反应器中通入物料。氮气携带乳酸水溶液通过上述装好催化剂的石英管中，乳酸水溶液先在石英棉表面汽化，随后经过催化剂表面发生气固催化反应。工艺条件：乳酸浓度为20wt％，进料乳酸水溶液速度为1.63g/h；氮气的流速为0.8mL/min。对照实施例1取12.7g硝酸锶溶于200mL的蒸馏水中充分搅拌30min，再向溶液中加入6.34g磷酸氢二铵搅拌反应2h后抽滤，用蒸馏水洗涤沉淀3次，转移到120℃的烘箱中干燥10h。此后将其置于马弗炉中在500℃下焙烧3h，得到焦磷酸锶。将0.13g上述备用催化剂装填于石英管中，催化剂在管中的长度为30mm，催化剂两端均用石英棉封端。以氮气携带乳酸水溶液通过上述装好催化剂的石英管中，5℃/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将磷酸锶煅烧得到焦磷酸锶载体；步骤2：将焦磷酸锶载体浸渍在磷酸4h后抽滤、洗涤干燥后得到磷酸修饰的焦磷酸锶载体；步骤3：将所述磷酸修饰的焦磷酸锶载体与Cs+混合并焙烧后，即得到本专利技术催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将磷酸锶煅烧得到焦磷酸锶载体；步骤2：将焦磷酸锶载体浸渍在磷酸4h后抽滤、洗涤干燥后得到磷酸修饰的焦磷酸锶载体；步骤3：将所述磷酸修饰的焦磷酸锶载体与Cs+混合并焙烧后，即得到本发明催化剂。2.根据权利要求1所述的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述磷酸的质量浓度为0.05％-2％。3.根据权利要求1所述的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3中所述焦磷酸锶中Sr2+与所述Cs+的摩尔质量比为：2.5:(0.5-2)。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐聪明，张瑜，陈志，全学军，曹平，李新利，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50