一种催化甘油制备乳酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种催化甘油制备乳酸的方法。步骤如下：A、在带有搅拌的反应釜中加入甘油水溶液、离子液体

A method of catalyzing glycerol to prepare lactic acid

【技术实现步骤摘要】
一种催化甘油制备乳酸的方法


[0001]本专利技术涉及一种催化甘油制备乳酸的方法，属于有机催化


技术介绍

[0002]乳酸是三大有机酸之一，又称2
‑
羟基丙酸，从食品到医药工业都有广泛应用，还可作为化工行业中生产各类商品的原料；例如，乳酸氧化脱氢可生产丙酮酸，脱水可产生丙烯酸，与醇的酯化反应产生的乳酸烷基酯可作为绿色溶剂，此外乳酸聚合生成的聚乳酸具有生物相容性，适用于缝合线、药包、假体等医学应用。
[0003]近年来，亚洲范围内年乳酸消费量高达12万吨，乳酸是一种需求量大的主要化工原料，具有较高的商业应用价值；传统工艺上，乳酸是由葡萄糖、淀粉和甘蔗发酵而成，然而，这种传统的发酵路线成本昂贵，复杂的产品很难分离和提纯，因此，有必要探索一条高效、环保的乳酸生产路线。
[0004]甘油是生物柴油的主要副产物，是一种高度功能化的分子，由于其具有伯碳羟基和仲碳羟基官能团，它被认为是具有高附加值的各种化学品的原料，因此利用甘油在无碱条件下通过氧化脱氢生产乳酸，在可持续经济的视角下引起了众多研究者的极大关注，但是常规的制备方法由于工艺缺陷，不但催化剂的稳定性和循环能力非常差，而且其产物为乳酸盐，后续分离和酸化十分繁琐，另外，制备的催化剂活性低，乳酸收率非常低。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单、兼具高选择性和高收率的催化甘油制备乳酸的方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的催化甘油制备乳酸的方法，步骤如下：<br/>[0007]A、在带有搅拌的反应釜中加入甘油水溶液、离子液体
‑
聚合物负载Pd催化剂和含锡介孔分子筛，通过氧气吹扫反应釜内空气并充氧控制反应压力；
[0008]B、升温并维持搅拌，反应一段时间后促进催化甘油选择性氧化制备乳酸；
[0009]C、反应结束后，降温至室温，过滤并分离固体催化剂，经甲醇洗涤干燥后回收利用，液体经精馏后得到乳酸。
[0010]所述步骤A中，所述的甘油水溶液的浓度为0.1mol
·
L
‑1至1.0mol
·
L
‑1。
[0011]所述步骤A中，所述离子液体
‑
聚合物负载Pd催化剂的具体制备方法如下：
[0012]以5g氯甲基聚苯乙烯为定量加入计数瓶中，每5g氯甲基聚苯乙烯加入50mL甲苯/乙腈，室温下振荡10
‑
20min，同比加入11mL三乙胺，随后在75
‑
85℃下搅拌2
‑
5天；将混合物过漏斗，以甲醇/二氯甲烷混合液洗1
‑
3次，乙醚洗1
‑
3次，35
‑
45℃下真空干燥后得到聚离子凝胶；
[0013]称取以0.5g为定量的聚离子凝胶，将每0.5g的聚离子凝胶与2.5g二甲基甲酰胺混合搅拌7
‑
15min；将每0.5g的聚离子凝胶对应15.38mg Pd(OAc)2进行计量后溶于二甲基甲酰胺中，随后将其加入到混合物中，25
‑
35℃下混合22
‑
26小时；当液体耗尽后以二甲基甲酰
胺洗涤1
‑
3次，乙醇/二氯甲烷洗涤1
‑
3次，乙醚洗涤1
‑
3次，35
‑
45℃下真空干燥后即得离子液体
‑
聚合物负载Pd催化剂。
[0014]所述含锡介孔分子筛催化剂的具体制备方法如下：
[0015]将每3.6mL 2mol
·
L
‑1NaOH水溶液加入每0.26g 100mL溴化十六烷基三甲胺水溶液中，室温下剧烈搅拌25
‑
35min，分别加入0.6g正硅酸四乙酯和1.92mL 0.3mol L
‑1SnCl4·
5H2O的乙醇溶液至该溶液中，随后再加入0.6g正硅酸四乙酯，再在室温下搅拌1.5
‑
3.5h后，将白色凝胶分别水洗醇洗后离心分离，将得到的白色固体在35
‑
45℃下真空干燥一夜，得到的粉末在520
‑
570℃空气中煅烧4
‑
6h，即得到Sn
‑
MCM
‑
41介孔分子筛。
[0016]所述步骤A中，所述的离子液体
‑
聚合物负载Pd催化剂的用量为100mg
‑
300mg。
[0017]所述步骤A中，含锡介孔分子筛的用量为100mg
‑
300mg。
[0018]所述步骤A中，氧气压力0.1MPa
‑
1MPa。
[0019]所述步骤B中，反应温度为80
‑
160℃，反应时间为2
‑
8h，维持搅拌速率在300rpm。
[0020]本专利技术的有益效果为：
[0021]1、制备的离子液体
‑
聚合物负载Pd催化剂，使载体、离子液体、金属活性组分之间以化学键结合，提高了催化剂的稳定性和循环能力。
[0022]2、通过催化甘油制备乳酸，在无碱环境下进行，产物是乳酸而不是乳酸盐，避免了繁琐的后续分离和酸化步骤，工艺简单。
[0023]3、其制备的催化剂具有高活性和高选择性，且环境友好，目标产物乳酸的选择性可达90％以上。
[0024]4、将甘油转化为乳酸，制备乳酸的反应条件温和，乳酸收率较高。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施方式，对本专利技术的催化甘油制备乳酸的方法作进一步详细说明。
[0026]实施例一：
[0027]离子液体
‑
聚合物负载Pd和Sn
‑
MCM
‑
41分子筛催化剂的制备及应用：
[0028]【1】聚离子凝胶制备：
[0029]将5g氯甲基聚苯乙烯加入100mL闪烁计数瓶中，加入50mL甲苯/乙腈(v:v 1:1)，室温下振荡15min，加入11mL三乙胺，随后80℃下搅拌3天；将混合物过玻璃钉漏斗,以甲醇/二氯甲烷混合液洗2次，乙醚洗2次，40℃下真空干燥后得到聚离子凝胶。
[0030]称取聚离子凝胶0.5g，将聚离子凝胶与2.5g二甲基甲酰胺(DMF)混合搅拌10min。将15.38mg Pd(OAc)2溶于8mL DMF中，随后将其加入到混合物中，30℃下混合24小时，当液体耗尽后以DMF洗涤2次，乙醇/二氯甲烷洗涤2次，乙醚洗涤2次，40℃下真空干燥后即得离子液体
‑
聚合物负载Pd催化剂。
[0031]【2】Sn
‑
MCM
‑
41介孔分子筛制备：
[0032]将3.6mL 2mol
·
L
‑1NaOH水溶液加入溴化十六烷基三甲胺(CTAB)水溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化甘油制备乳酸的方法，步骤如下：A、在带有搅拌的反应釜中加入甘油水溶液、离子液体
‑
聚合物负载Pd催化剂和含锡介孔分子筛，通过氧气吹扫反应釜内空气并充氧控制反应压力；B、升温并维持搅拌，反应后促进催化甘油选择性氧化制备乳酸；C、反应结束后，降温至室温，过滤并分离固体催化剂，经甲醇洗涤干燥后回收利用，液体经精馏后得到乳酸。2.按照权利要求1所述的催化甘油制备乳酸的方法，其特征在于：所述步骤A中，所述的甘油水溶液的浓度为0.1mol
·
L
‑1至1.0mol
·
L
‑1。3.按照权利要求1或2所述的催化甘油制备乳酸的方法，其特征在于：所述步骤A中，所述离子液体
‑
聚合物负载Pd催化剂的具体制备方法如下：以5g氯甲基聚苯乙烯为定量加入计数瓶中，每5g氯甲基聚苯乙烯加入50mL甲苯/乙腈，室温下振荡10
‑
20min，同比加入11mL三乙胺，随后在75
‑
85℃下搅拌2
‑
5天；将混合物过漏斗，以甲醇/二氯甲烷混合液洗1
‑
3次，乙醚洗1
‑
3次，35
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45℃下真空干燥后得到聚离子凝胶；称取以0.5g为定量的聚离子凝胶，将每0.5g的聚离子凝胶与2.5g二甲基甲酰胺混合搅拌7
‑
15min；将每0.5g的聚离子凝胶对应15.38mg Pd(OAc)2进行计量后溶于二甲基甲酰胺中，随后将其加入到混合物中，25
‑
35℃下混合22
‑
26小时；当液体耗尽后以二甲基甲酰胺洗涤1
‑
3次，乙醇/二氯甲烷洗涤1
‑
3次，乙醚洗涤1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娟，熊雄，代松涛，王永安，朱昊德，朱桂生，黄春霞，沈灵沁，谭永明，陈勇，
申请(专利权)人：江苏大学江苏索普集团有限公司，
类型：发明
国别省市：