一种采用负载型催化剂由2-甲基呋喃在室温下制备戊醇的方法技术

本发明专利技术提供一种采用负载型铂基催化剂由2

【技术实现步骤摘要】
一种采用负载型催化剂由2
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甲基呋喃在室温下制备戊醇的方法


[0001]本专利技术属于生物质能源催化领域，涉及一种采用负载型催化剂由2
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甲基呋喃在室温条件下选择性裂解C
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O制备戊醇的方法。

技术介绍

[0002]木质纤维素生物质作为最大的可再生碳资源，将木质纤维素生物质有效转化为具有高附加值的化学产品引起了人们极大的兴趣，这样可以减轻对化石资源的严重依赖，并减轻相关的环境影响。特别是，许多工作都致力于将木质纤维素衍生的呋喃衍生物，如2
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甲基呋喃(2
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MF)，升级为燃料和有价值的化学品。
[0003]戊醇(POLs)，由于其相对较低的粘度和高挥发性等独特性质，已被广泛用于燃料添加剂、食品添加剂和有机溶剂。传统上，戊醇是通过生物酶发酵法制备的，然而，酶对生存环境的要求很高，并且易于失活。此外，由于工艺流程和分离步骤复杂，从石油中分离戊醇非常困难和昂贵。这降低了工艺的经济优势。为了解决这些问题，呋喃化合物催化开环制备直链醇的化学方法已成为一种有效的替代方法。钌、钯、铂等贵金属催化剂和非贵金属催化剂均有催化呋喃化合物开环生产戊醇的活性。例如，Pd
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Fe/Al2O3合金在200℃转化2
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MF，在管流反应器中戊醇的产率为39％(Appl Catal A Gen.2017；543(6):133.)。Kang等人(ChemCatChem.2017；9(2):282.)观察到，通过原子层沉积方法制备的Pt/Al2O3催化剂，Pt负载量为0.47％，在180℃时可提供近25％的戊醇产率。在Rh
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ReOx/C催化剂上从2
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THMF中获得戊醇，即使在优化的反应条件下，其产率也仅为12％(J Am Chem Soc.2011；133(32):12675.)。Zhang等人(Chemsuschem.2018；11(4):726.)报道了2
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甲基四氢呋喃在Pd/C和Sc(OTf)3共催化系统上通过两步工艺获得的高1
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戊醇收率(81％)。然而，是在150℃下，施加高H2压力(3MPa)以活化2
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THMF。非贵金属如Cu/Cr/Ni/Zn/Fe被开发用于催化2
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MF的气相开环，其在200℃时提供25％的戊醇产率，但由于戊醇在较高温度下转化为酮化合物的不稳定性，在250℃时下降到10％(Appl Catal A Gen.2014；475(1):379.)。最近，Seemala等人(React Chem Eng.2019；2(4):261.)使用Co
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Cu/Al2O3催化剂进行糠醛开环，在240℃和4.5MPa H2下获得了71％的理想2
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戊醇收率。尽管已经取得了许多进展，但这些工艺仍然受到高温和高氢压的影响。
[0004]鉴于目前存在的问题，开发一种在温和条件下将呋喃衍生物转化为戊醇的方法具有重要的研究价值和应用潜力。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种采用负载型催化剂由2
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MF在室温条件下开环制备戊醇的方法。以实现以下专利技术目的：
[0006](1)降低反应温度和压力；
[0007](2)提高戊醇的收率；
[0008](3)催化剂的活性高，使用寿命长，可以连续套用，降低生产成本；
[0009]一种采用负载型催化剂由2
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甲基呋喃在室温下制备戊醇的方法，我们系统地研究了在室温和温和的H2压力下，一系列Pt基催化剂上2
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MF选择性C
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O裂解为戊醇。首先，对各种载体(MgO、Al2O3、SiO2、MWNT)和贵金属(Pd、Ru、Pt、Rh)进行了研究，发现Pt/MWNT催化剂的戊醇产率最高，而其他载体上的Pt的主要产物为2
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THMF。对优化后的Pt/MWNT催化剂进行了深入研究。考察了不同MWNT酸处理时间和Pt负载量对2
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MF氢解反应的影响。结果表明，优化后的5wt％Pt/MWNT在MWNT上的酸处理时间为4小时，在25℃的超低温度下可实现100％的转化率和53％的产率。此外，还研究了反应溶剂、时间和压力等反应条件对2
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MF在Pt/MWNT上选择性加氢转化的影响。
[0010]为了解决本专利技术的技术问题，提出的技术方案为：将2
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甲基呋喃、异丙醇作为溶剂及5wt％Pt/MWNT催化剂加入反应釜内，装好密封；用1
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2MPa的氢气置换多次后，向釜内充入1MPa的氢气，25℃保温反应3h，反应结束后，降温、卸压、开釜、过滤；所述5wt％Pt/MWNT催化剂制备方法为每克碳纳米管加入100ml硝酸的比例加入浓硝酸，将圆底烧瓶安装在油浴锅中，搅拌，冷凝回流4小时，纯化结束后，迅速加入去离子水降温并且稀释酸浓度，反复清洗抽滤碳纳米管直到最终滤液呈中性，并在70
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90℃下干燥8
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12小时；取出烘干的碳纳米管，放入研钵中研磨，过筛后制成碳纳米管载体，以四胺合硝酸铂(II)为前驱体溶液，采用初湿浸渍法合成了铂基催化剂。
[0011]优选的，包括以下步骤：
[0012](1)圆底烧瓶中加入多壁碳纳米管和浓硝酸，按照每克碳纳米管加入100ml硝酸的比例加入浓硝酸，将圆底烧瓶安装在油浴锅中，搅拌，冷凝回流4小时；纯化结束后，迅速加入去离子水降温并且稀释酸浓度，反复清洗抽滤碳纳米管直到最终滤液呈中性，并在70
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90℃下干燥8
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12小时；取出烘干的碳纳米管，放入研钵中研磨，过筛后制成碳纳米管载体；
[0013](2)随后，以四胺合硝酸铂(II)为前驱体溶液，采用初湿浸渍法合成了铂基催化剂；催化剂在管式炉中通氮气350
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450℃煅烧3
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5h；然后通氢气，在250℃下还原；冷却至室温后，将5％wt Pt/MWNT催化剂收集在干燥箱中。
[0014](3)2
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甲基呋喃的液相开环是在装有导热检测器的反应釜中进行的；通常，向反应釜中添加0.25mol％的5％wt Pt/MWNT金属催化剂、2
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甲基呋喃和溶剂异丙醇；在反应之前，用氢气吹扫反应器数次，以除去反应器内的空气；在反应过程中，氢气压力1MPa，温度保持在25℃，反应时间为3h。
[0015](4)反应后，通过离心分离催化剂和反应液。
[0016]优选的，包括以下步骤：
[0017](1)圆底烧瓶中加入2g多壁碳纳米管和200mL硝酸，将圆底烧瓶安装在油浴锅中，在120℃下搅拌，冷凝回流4小时；纯化结束后，迅速加入去离子水降温并且稀释酸浓度，反复洗涤抽滤碳纳米管直到最终滤液呈中性，并在70℃烘箱中干燥1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用负载型催化剂由2
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甲基呋喃在室温下制备戊醇的方法，其特征在于：将2
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甲基呋喃、异丙醇作为溶剂及5wt％Pt/MWNT催化剂加入反应釜内，装好密封；用1
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2MPa的氢气置换多次后，向反应釜内充入1MPa的氢气，25℃保温反应3h，反应结束后，降温、卸压、开釜、过滤；所述5wt％Pt/MWNT催化剂制备方法为每克碳纳米管加入100mL硝酸的比例加入浓硝酸，将圆底烧瓶安装在油浴锅中，搅拌，冷凝回流4小时，纯化结束后，迅速加入去离子水降温并且稀释酸浓度，反复清洗抽滤碳纳米管直到最终滤液呈中性，并在70
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90℃下干燥8
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12小时；取出烘干的碳纳米管，放入研钵中研磨，过筛后制成碳纳米管载体，以四胺合硝酸铂(II)为前驱体溶液，采用初湿浸渍法合成了多壁碳纳米管负载铂基催化剂。2.根据权利要求1所述的采用负载型催化剂由2
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甲基呋喃在室温下制备戊醇的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)圆底烧瓶中加入多壁碳纳米管和浓硝酸，按照每克碳纳米管加入100ml硝酸的比例加入浓硝酸，将圆底烧瓶安装在油浴锅中，搅拌，冷凝回流4小时；纯化结束后，迅速加入去离子水降温并且稀释酸浓度，反复清洗抽滤碳纳米管直到最终滤液呈中性，并在70
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90℃下干燥8
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12小时；取出烘干的碳纳米管，放入研钵中研磨，过筛后制成碳纳米管载体；(2)随后，以四胺合硝酸铂(II)为前驱体溶液，采用初湿浸渍法合成了铂基催化剂；催化剂在管式炉中通氮气350
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450℃煅烧3
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5h；然后通氢气，在250℃下还原；冷却至室温后，将5％wt Pt/MWNT催化剂收集在干燥箱中；(3)2
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甲基呋喃的液相开环是在装有导热检测器的反应釜中进行的；通常，向反应器中添加0.25mol％的5％wt Pt/MWNT金属催化剂、2
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甲基呋喃和溶剂异丙醇；在反应之前，用氢气吹扫反应器数次，以除去反应器内的空气；在反应过程中，氢气压力1MPa，温度保持在25℃，反应时间为3h；(4)反应后，通过离心分离催化剂和反应液。3.根据权利要求1所述的采用负载型催化剂由2
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甲基呋...

【专利技术属性】
技术研发人员：王川，吴敏，张斌，汪婷，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：