一种负载型钨酸铝固体催化剂及其在生物质制备乳酸中的应用制造技术

本发明专利技术提供一种负载型钨酸铝固体催化剂及其在生物质制备乳酸中的应用。该负载型钨酸铝固体催化剂，由如下步骤制备得到：将铝盐溶液和钨盐溶液按铝：钨摩尔比为0.5～2:1混合得到乳浊液，将乳浊液加热到100℃～160℃使其成为透明溶液，向透明溶液中加入催化剂载体得到混合液，将混合液蒸干得到负载型钨酸铝固体催化剂前驱体，负载型钨酸铝固体催化剂前驱体经洗涤和煅烧后，即得到负载型钨酸铝固体催化剂。本发明专利技术通过将负载型钨酸铝固体催化剂应用于生物质乳酸的制备，即可将自然界中广泛存在的含有纤维素的生物质资源转化为具有高附加值的乳酸，且目标物乳酸的收率较高。

【技术实现步骤摘要】
一种负载型钨酸铝固体催化剂及其在生物质制备乳酸中的应用
：本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种负载型钨酸铝固体催化剂及其在生物质制备乳酸中的应用。
技术介绍
：以自然界中广泛存在的、可再生的生物质资源制备多功能的平台化学品，对人类社会的可持续发展具有重要意义。纤维素和半纤维素是生物质的主要成分，也是地球上最为广泛存在的碳水化合物。所以，将纤维素和半纤维素高效地催化转化为平台化学品，并进而转化为液体燃料、高分子材料及各种下游化学品，对生物质资源的高值化利用具有重要的意义。乳酸是一种重要的化工原料，被广泛应用于食品、化工、医药、化妆品等领域。乳酸可以作为合成聚乳酸(PLA)的原料，PLA通过生物降解，能循环利用，减少对自然环境的污染。目前工业上的乳酸主要是以葡萄糖为原料采用生物发酵法制备，该方法存在原料价格高、生产周期长、反应条件苛刻等缺点。与之相比，以自然界中广泛存在的木质纤维素类生物质资源(比如秸秆、木材、甘蔗渣等)为原料，采用化学催化转化技术制取乳酸，则既能实现生物质的资源化利用，又具有时间短、效率高等优点。化学催化转化生物质生成乳酸涉及到下述基本反应：(1)生物质中的纤维素组分水解为葡萄糖；(2)葡萄糖经异构化反应转化为果糖；(3)果糖经逆羟醛缩合缩合反应转化甘油醛和二羟基丙酮；(4)甘油醛和二羟基丙酮发生脱水转化为丙酮醛；(5)丙酮醛水合重排为乳酸。由于利用生物质中的纤维素制备乳酸所涉及的反应步骤多，所以开发高效、廉价且易回收的催化剂，是催化生物质制备乳酸技术实现工业化的核心。在前期研究中，我们发现钨酸铝对生物质中的纤维素组分转化为乳酸具有较好的催化作用。然而，钨酸铝比表面积较小，导致催化剂与生物质原料接触较困难。如果将钨酸铝均匀负载于表面积较大的载体上，则一方面能够增大钨酸铝的催化活性位与生物质接触的机会，另一方面载体可能与钨酸铝协同催化纤维素制备乳酸中所涉及的基本反应，从而更好地发挥钨酸铝对生物质转化为乳酸这一过程的催化作用。但是，钨酸铝是不溶于水的固体，如果直接将钨酸铝与载体直接混合，则会导致钨酸铝颗粒难以均布在载体表面；如果采用先浸渍钨酸盐再浸渍铝盐的方法，则催化剂制备方法复杂，且负载效果同样较差。因此，目前亟待开发一种新的负载型钨酸铝催化剂制备技术解决现有技术存在的问题。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种负载型钨酸铝固体催化剂及其在生物质制备乳酸中的应用，该催化剂制备方法简单，原料易得，成本低，易回收，且能够高效地将自然界中广泛存在的含有纤维素的生物质资源转化为具有高附加值的乳酸。本专利技术的目的是提供了一种负载型钨酸铝固体催化剂，由如下步骤制备得到：按铝：钨摩尔比为0.5～2:1将铝盐溶液和钨盐溶液混合得到乳浊液，将乳浊液加热到100℃～160℃使其成为透明溶液，向透明溶液中加入催化剂载体得到混合液，将混合液蒸干得到负载型钨酸铝固体催化剂前驱体，负载型钨酸铝固体催化剂前驱体经洗涤和煅烧后，即得到负载型钨酸铝固体催化剂。本专利技术提出的催化剂制备方法步骤简单、原料易得、成本低，且催化剂水热稳定性好，易回收。优选地，所述的铝盐选自氯化铝、硫酸铝和硝酸铝中的一种以上，所述的钨盐选自钨酸锂、钨酸钠、钨酸钾和钨酸铵中的一种以上，所述的催化剂载体选自活性炭、氧化石墨烯、氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铌和硅铝分子筛中的一种以上，所述的钨酸铝负载量为催化剂总质量的2％～50％。进一步优选，钨酸铝负载量为催化剂总质量的5％～30％。优选地，将混合液蒸干得到负载型钨酸铝固体催化剂前驱体的具体步骤为：将混合液在温度为140℃～160℃的条件下蒸干得到负载型钨酸铝固体催化剂前驱体。优选地，所述的负载型钨酸铝固体催化剂前驱体经洗涤和煅烧的具体步骤为：所述的负载型钨酸铝固体催化剂前驱体用水洗涤除去可溶性盐，然后在保护性气氛中600℃～800℃煅烧1～12h。进一步的，所述的保护性气氛为氮气、氩气、氦气或脱氧烟气。本专利技术的另一个目的是提供了负载型钨酸铝固体催化剂在生物质制备乳酸中的应用。优选地，所述的负载型钨酸铝固体催化剂在生物质制备乳酸中的应用，包括如下步骤：将所述的负载型钨酸铝固体催化剂和生物质加入去离子水中得到反应物料，将反应物料升温至180℃～240℃反应5～600min，即得乳酸。进一步的，将反应物料升温至220℃～230℃反应120～180min，乳酸的收率高达46％。优选地，所述的负载型钨酸铝固体催化剂与生物质的质量比为0.1～0.5:1，生物质与去离子水的质量比为0.05～0.3:1。进一步优选，所述的负载型钨酸铝固体催化剂与生物质的质量比为0.1～0.3:1，生物质与去离子水的质量比为0.05～0.15:1。优选地，所述的生物质为纤维素含量大于等于20％的生物质。与现有的技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术利用新鲜钨酸铝沉淀可以溶解于超过100℃的盐溶液中而形成钨酸铝溶液这一性质，而向高温钨酸铝溶液添加载体，则能够将钨酸铝均匀地分布于载体上，且负载后的钨酸铝催化剂对生物质转化为乳酸具有较好的催化作用；(2)本专利技术提出的负载型钨酸铝固体催化剂制备方法步骤简单、原料易得、成本低，且催化剂水热稳定性好，易回收；(3)通过将负载型钨酸铝固体催化剂应用于生物质催化转化制备乳酸，即可将自然界中广泛存在的含有纤维素的生物质资源转化为具有高附加值的乳酸，且目标物乳酸的收率较高。具体实施方式：以下实施例是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。实施例1：(1)活性炭负载钨酸铝催化剂2％Al2(WO4)3/AC的制备将0.015mol钨酸钠、0.015mol硫酸铝分别溶解于40mL去离子水中，然后将两种溶液混合，将混合后的乳浊液放置于100℃烘箱中保温，待乳浊液完全变为透明溶液后，加入138.6g活性炭载体，在140℃下蒸干混合液；用2L去离子水洗涤蒸干的固体，100℃干燥，在氮气气氛中于800℃煅烧5h，得到钨酸铝负载量为2％的固体催化剂Al2(WO4)3/AC。(2)活性炭负载钨酸铝催化剂2％Al2(WO4)3/AC催化纤维素制备乳酸将0.3g步骤(1)所获得的固体催化剂Al2(WO4)3/AC、1g玉米秸秆和20mL去离子水加入到50mL搅拌反应釜中，随后在180℃下对混合液进行水热降解600min，得到乳酸收率为15％(相对于原料中的纤维素含量)。实施例2：(1)氧化石墨烯负载钨酸铝催化剂50％Al2(WO4)3/GO的制备将0.02mol钨酸锂、0.01mol硝酸铝分别溶解于40mL去离子水中，然后将两种溶液混合，将混合后的乳浊液放置于140℃烘箱中保温，待乳浊液完全变为透明溶液后，加入2.828g氧化石墨烯，继续在140℃下蒸干混合液；用2L去离子水洗涤蒸干的固体，100℃干燥，在氩气气氛中于600℃煅烧12h，得到钨酸铝负载量为50％的固体催化剂Al2(WO4)3/GO。(2)固体催化剂50％Al2(WO4)3/GO催化纤维素制备乳酸将0.2g步骤(1)所获得的固体催化剂Al2(WO4)3/GO、2g玉米芯和20mL去离子水加入到50mL搅拌反应釜中，随后在200℃下对混合液进行水热降解300min，得到乳酸收率为33％(相对于原料中的纤维素含量)。实施例3：(1)二氧化硅负载钨酸铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载型钨酸铝固体催化剂，其特征在于，由如下步骤制备得到：将铝盐溶液和钨盐溶液按铝：钨摩尔比为0.5～2:1混合得到乳浊液，将乳浊液加热到100℃～160℃使其成为透明溶液，向透明溶液中加入催化剂载体得到混合液，将混合液蒸干得到负载型钨酸铝固体催化剂前驱体，负载型钨酸铝固体催化剂前驱体经洗涤和煅烧后，即得到负载型钨酸铝固体催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种负载型钨酸铝固体催化剂，其特征在于，由如下步骤制备得到：将铝盐溶液和钨盐溶液按铝：钨摩尔比为0.5～2:1混合得到乳浊液，将乳浊液加热到100℃～160℃使其成为透明溶液，向透明溶液中加入催化剂载体得到混合液，将混合液蒸干得到负载型钨酸铝固体催化剂前驱体，负载型钨酸铝固体催化剂前驱体经洗涤和煅烧后，即得到负载型钨酸铝固体催化剂。2.根据权利要求1所述的负载型钨酸铝固体催化剂，其特征在于，所述的铝盐选自氯化铝、硫酸铝和硝酸铝中的一种以上，所述的钨盐选自钨酸锂、钨酸钠、钨酸钾和钨酸铵中的一种以上。3.根据权利要求1所述的负载型钨酸铝固体催化剂，其特征在于，所述的催化剂载体选自活性炭、氧化石墨烯、氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铌和硅铝分子筛中的一种以上，所述的钨酸铝负载量为催化剂总质量的2％～50％。4.根据权利要求1所述的负载型钨酸铝固体催化剂，其特征在于，将混合液蒸干得到负载型钨酸铝固体催化剂前驱体的具体步骤为：将混合液在温度为140℃～160℃的条件下蒸干得到负载型钨酸铝固体催化剂前驱体。5.根据权利要求1或4所述的负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：石宁，葛武杰，刘云花，吴其俊，
申请(专利权)人：贵州理工学院，
类型：发明
国别省市：贵州,52