本发明专利技术涉及一种用于5‑羟甲基糠醛氧化合成2，5‑呋喃二甲酸的负载型金催化剂的制备和应用。该负载型金催化剂的载体是CeO2氧化物、ZrO2氧化物或不同配比的CexZr1‑xO复合氧化物(X值为0.7～0.9)，载体的质量分数为97％～99.5％，金组分的质量分数为0.5％～3％。该负载型金催化剂中金含量较低，利用效率较高，载体原料廉价易得，催化剂整体制备工艺简单。该负载型金催化剂用于催化5‑羟甲基糠醛氧化合成2，5‑呋喃二甲酸反应中，反应条件温和，对环境友好，催化活性较高，并且通过调节载体中Ce与Zr的配比以及活性金组分负载过程中的pH值，能够有效地调控2，5‑呋喃二甲酸的选择性。当反应温度为70～100℃，氧气压力为0.5～1.5MPa，反应时间为2～4小时，5‑羟甲基糠醛的转化率可达到100％，2，5‑呋喃二甲酸的选择性可达到97.3％。
【技术实现步骤摘要】
一种用于5-羟甲基糠醛氧化合成2,5-呋喃二甲酸的负载型金催化剂的制备和应用
本专利技术涉及一种用于5-羟甲基糠醛氧化合成2，5-呋喃二甲酸的负载型金催化剂的制备和应用。
技术介绍
生物质资源具有来源丰富，价格低廉，绿色环保，可再生性等优点，是理想的化石资源替代品。5-羟甲基糠醛是由生物质碳水化合物催化氧化转化得到的一种生物质平台化合物，可以发生氧化、还原、聚合、水解等反应生成一系列的产物。其中，5-羟甲基糠醛的氧化产物2，5-呋喃二甲酸是生物聚合物、精细化学品以及医药的重要中间体。并且2，5-呋喃二甲酸与对苯二甲酸的结构相似，被认为是一种具有应用前景的生物基聚酯单体，可以替代传统石油基聚酯单体对苯二甲酸用于合成生活生产中常用的树脂产品。在传统的氧化过程中一般采用高锰酸钾、重铬酸钾或高价铅化合物等作为氧化剂，属于计量氧化反应，需要消耗大量氧化剂，原子利用率低，并且产生大量有毒副产物。氧气作为一种来源广泛、廉价易得以及环境友好的氧化剂用于催化氧化过程，可以有效地解决上述问题，得到广泛的应用。近年来，金催化剂的快速发展彻底改变了人们对金是化学惰性的认识。金催化剂被广泛地研究应用于一氧化碳氧化、水煤气转化、醇氧化、氧化酯化等反应。负载型金催化剂的活性主要受到载体、金颗粒的尺寸和形貌以及金与载体之间的相互作用等因素的影响，而这些因素又受到制备方法的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于5-羟甲基糠醛氧化合成2，5-呋喃二甲酸的负载型金催化剂的制备和应用。本专利技术提供一种用于5-羟甲基糠醛氧化合成2，5-呋喃二甲酸的负载型金催化剂的制备方法，条件和步骤如下：(1)制备载体。称取一定质量的六水硝酸铈(AR)或硝酸氧锆(AR)或两者的混合物溶于50mL无水乙醇中，混合物中六水硝酸铈和硝酸氧锆的摩尔比为(7∶3)～(9∶1)。在搅拌下缓慢加入柠檬酸络合剂，柠檬酸和金属阳离子的摩尔比为(1∶1)，放入60℃的水浴中，温度稳定后持续搅拌3小时，然后室温下冷却30分钟。将混合溶液在50℃下旋转蒸干，然后在100℃下干燥得到膨松固体。将所得固体放入马弗炉中，以2℃/min的速率升温至500℃，在500℃下焙烧2小时，然后自然冷却至室温，取出固体研磨成粉末，得到CeO2、ZrO2或不同配比的CexZr1-xO复合氧化物载体(X值为0.7～0.9)。(2)制备负载型金催化剂。按照金组分在催化剂中的质量分数为0.5％～3％，称量一定质量的氯金酸溶于50mL二次水中，用NaOH溶液调节pH为4.91～7.32，放入60℃的水浴中，搅拌下缓慢加入相应质量的载体，温度稳定后持续搅拌1小时。接着室温下冷却40分钟后进行抽滤，用氨水洗涤得到的固体直到滤液中无氯离子，再用二次水洗涤固体2～3次，抽干后将固体在65℃下干燥12小时，所得固体研磨成粉末得到负载型金催化剂。本专利技术提供一种用于5-羟甲基糠醛氧化合成2，5-呋喃二甲酸的负载型金催化剂的应用，条件和步骤如下：称量一定质量的5-羟甲基糠醛、NaOH和催化剂加入到聚四氟乙烯内衬中，其中5-羟甲基糠醛和NaOH的摩尔比为(1∶4)～(1∶1)，5-羟甲基糠醛和催化剂中金组分的摩尔比(100∶1)～(1000∶1)，加入10mL二次水将5-羟甲基糠醛和NaOH溶解，接着把聚四氟乙烯内衬密封在高压反应釜中。将反应釜放在70～100℃的油浴中，等温度稳定后充入0.5～1.5MPa的氧气(99.999％)，持续搅拌反应2～4小时。反应结束后，将反应釜放在冰水浴中冷却40分钟，随后缓慢泄压，打开反应釜，过滤分离反应后液体和催化剂固体，对滤液进行高效液相色谱分析，确定5-羟甲基糠醛的转化率和2，5-呋喃二甲酸的选择性。本专利技术的有益效果：负载型金催化剂中金含量较低，利用效率较高，载体原料廉价易得，催化剂整体制备工艺简单。负载型金催化剂用于催化5-羟甲基糠醛氧化合成2，5-呋喃二甲酸反应中，反应条件温和，对环境友好，催化活性较高，并且通过调节载体中Ce与Zr的配比以及活性金组分负载过程中的pH值，能够有效地调控2，5-呋喃二甲酸的选择性。5-羟甲基糠醛的转化率可达到100％，2，5-呋喃二甲酸的选择性可达到97.3％。具体实施方式实施例1(1)制备载体。称取6.5133g六水硝酸铈(AR)溶于50mL无水乙醇中，搅拌下缓慢加入2.8818g柠檬酸络合剂，放入60℃的水浴中，温度稳定后持续搅拌3小时，然后室温下冷却30分钟。将混合溶液在50℃下旋转蒸干，然后在100℃下干燥得到膨松固体。将所得固体放入马弗炉中，以2℃/min的速率升温至500℃，在500℃下焙烧2小时，然后自然冷却至室温，取出固体研磨成粉末，得到CeO2氧化物载体。(2)制备负载型金催化剂。按照金组分在催化剂中的质量分数为1％，称量0.0213g氯金酸溶于50mL二次水中，用NaOH溶液调节pH为5.92，放入60℃的水浴中，搅拌下缓慢加入0.6g载体，温度稳定后持续搅拌1小时。接着室温下冷却40分钟后进行抽滤，用氨水洗涤得到的固体直到滤液中无氯离子，再用二次水洗涤固体2～3次，抽干后将固体在65℃下干燥12小时，所得固体研磨成粉末得到负载型金催化剂A。实施例2(1)制备载体。称取8.0930g硝酸氧锆(AR)溶于50mL无水乙醇中，搅拌下缓慢加入6.725g柠檬酸络合剂，放入60℃的水浴中，温度稳定后持续搅拌3小时，然后室温下冷却30分钟。将混合溶液在50℃下旋转蒸干，然后在100℃下干燥得到膨松固体。将所得固体放入马弗炉中，以2℃/min的速率升温至500℃，在500℃下焙烧2小时，然后自然冷却至室温，取出固体研磨成粉末，得到ZrO2氧化物载体。(2)制备负载型金催化剂。按照金组分在催化剂中的质量分数为1％，称量0.0213g氯金酸溶于50mL二次水中，用NaOH溶液调节pH为5.92，放入60℃的水浴中，搅拌下缓慢加入0.6g载体，温度稳定后持续搅拌1小时。接着室温下冷却40分钟后进行抽滤，用氨水洗涤得到的固体直到滤液中无氯离子，再用二次水洗涤固体2～3次，抽干后将固体在65℃下干燥12小时，所得固体研磨成粉末得到负载型金催化剂B。实施例3(1)制备载体。称取7.8160g六水硝酸铈(AR)和0.4625g硝酸氧锆(AR)溶于50mL无水乙醇中，搅拌下缓慢加入3.8424g柠檬酸络合剂，放入60℃的水浴中，温度稳定后持续搅拌3小时，然后室温下冷却30分钟。将混合溶液在50℃下旋转蒸干，然后在100℃下干燥得到膨松固体。将所得固体放入马弗炉中，以2℃/min的速率升温至500℃，在500℃下焙烧2小时，然后自然冷却至室温，取出固体研磨成粉末，得到Ce0.9Zr0.1O2复合氧化物载体。(2)制备负载型金催化剂。按照金组分在催化剂中的质量分数为1％，称量0.0213g氯金酸溶于50mL二次水中，用NaOH溶液调节pH为4.91，放入60℃的水浴中，搅拌下缓慢加入0.6g载体，温度稳定后持续搅拌1小时。接着室温下冷却40分钟后进行抽滤，用氨水洗涤得到的固体直到滤液中无氯离子，再用二次水洗涤固体2～3次，抽干后将固体在65℃下干燥12小时，所得固体研磨成粉末得到负载型金催化剂C。实施例4(1)制备载体。称取7.8160g六水硝酸铈本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于5‑羟甲基糠醛氧化合成2，5‑呋喃二甲酸的负载型金催化剂的制备方法，其特征在于该负载型金催化剂的载体是CeO2氧化物、ZrO2氧化物或不同配比的CexZr1‑xO复合氧化物(X值为0.7～0.9)，载体的质量分数为97％～99.5％，金组分的质量分数为0.5％～3％。
【技术特征摘要】
1.一种用于5-羟甲基糠醛氧化合成2，5-呋喃二甲酸的负载型金催化剂的制备方法，其特征在于该负载型金催化剂的载体是CeO2氧化物、ZrO2氧化物或不同配比的CexZr1-xO复合氧化物(X值为0.7～0.9)，载体的质量分数为97％～99.5％，金组分的质量分数为0.5％～3％。2.如权利要求1所述的一种用于5-羟甲基糠醛氧化合成2，5-呋喃二甲酸的负载型金催化剂的制备方法，其特征在于所述载体的制备条件和步骤如下：将六水硝酸铈或硝酸氧锆或两者混合物溶于无水乙醇中，搅拌下缓慢加入柠檬酸，在60℃下搅拌3小时，室温冷却后将混合溶液旋转蒸干，然后在100℃下干燥，最后放入马弗炉中，在500℃下焙烧2小时，冷却研磨得到载体粉末，所述混合物中六水硝酸铈和硝酸氧锆的摩尔比为(7∶3)～(9∶1)，柠檬酸和金属阳离子的摩尔比为(1∶1)。3.如权利要求1所述的一种用于5-羟甲基糠醛氧化合成2，5-呋喃二甲酸的负载型金催化剂的制备方法，其特征在于所述催化剂的...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝剑敏，闫广飞，韩利民，王金耀，褚福敏，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15
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