一种利用γ-戊内酯定向合成戊酸的方法技术

本发明专利技术涉及能源催化的技术领域，具体涉及一种利用γ

【技术实现步骤摘要】
一种利用
γ
‑
戊内酯定向合成戊酸的方法


[0001]本专利技术涉及能源催化的
，具体涉及一种利用γ
‑
戊内酯定向合成戊酸的方法。

技术介绍

[0002]资源和环境的双重问题使得利用可再生生物质生产可替代能量载体的研究变得日益重要。作为一种用途丰富的生物质基平台化合物，γ
‑
戊内酯可以被用作合成多种燃料和化学品。其中，作为绿色经济的关键一环，γ
‑
戊内酯催化转化制取戊酸受到越来越多研究者们的关注。戊酸是一种重要的有机化工原料，其可以较容易地与醇分子发生酯化反应生成相应的戊酸酯生物燃料，该戊酸酯类化合物具有较高的能量密度和合适的极性，可以作为石油基汽油和柴油的潜在替代品[Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,4479
‑
4483.]。因此，将γ
‑
戊内酯高效定向转化为戊酸产品不仅可以拓宽生物质平台化合物的绿色转化途径，而且还能有效地减少对化石能源的依赖。目前，研究者们主要通过使用钌、铂、钯等贵金属基沸石负载型催化剂对γ
‑
戊内酯进行开环、加氢反应进而合成戊酸产物。然而，这些传统的贵金属基催化剂较高的制备成本不利于其规模化工业应用，此外，沸石表面金属物种较差的分散性以及在反应过程中的烧结现象也是该类负载型催化剂存在的重要问题。因此，针对γ
‑
戊内酯制取戊酸的催化转化反应，设计高效、稳定的非贵金属基催化系统具有非常重要的意义。

技术实现思路
/>[0003]本专利技术的目的在于提供一种利用γ
‑
戊内酯定向合成戊酸的方法，采用非贵金属基催化系统进行反应，目标戊酸产物的产率高。
[0004]本专利技术实现目的所采用的方案是：一种利用γ
‑
戊内酯定向合成戊酸的方法，该方法为γ
‑
戊内酯气体在Cu@HZSM
‑
5或Co@HZSM
‑
5催化剂存在下进行气固多相反应后冷凝收集液体产物。
[0005]先将常温下为液态的γ
‑
戊内酯通过加热得到γ
‑
戊内酯气体，然后气相γ
‑
戊内酯通过装填有Cu@HZSM
‑
5或Co@HZSM
‑
5固体催化剂的连续流动式固定床反应器进行气固多相反应。
[0006]优选地，所述气固多相反应的工况条件范围为：温度为180～330℃、压力为0.1～3.0MPa、空速为0.1～1.0h
‑1。其中，Cu@HZSM
‑
5催化体系的优选反应条件为：温度为285～330℃、压力为0.1～3.0MPa、空速为0.2～0.8h
‑1；Co@HZSM
‑
5催化体系的优选反应条件为：温度为180～240℃、压力为0.5～2.0MPa、空速为0.2～0.8h
‑1。
[0007]优选地，所述Cu@HZSM
‑
5催化剂中硅铝摩尔比为40～500，所述Co@HZSM
‑
5催化剂中硅铝摩尔比为40～150。
[0008]优选地，所述的Cu@HZSM
‑
5或Co@HZSM
‑
5催化剂采用如下方法制备：将二氧化硅负载金属氧化物的CuO/SiO2或Co3O4/SiO2作为前驱体与四丙基氢氧化铵、铝盐、碱和溶剂进行
混合，在室温下搅拌混合均匀；随后将所得混合溶液在170～190℃下水热晶化；晶化完成后将产物分离，并将得到的固体产物洗涤至中性，干燥后在500～520℃空气氛围中焙烧4～6小时，再在400～450℃氢气氛围中还原，即得到Cu@HZSM
‑
5或Co@HZSM
‑
5催化剂。
[0009]优选地，所述铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、异丙醇铝、偏铝酸钠中的至少一种，所述碱为氨水，所述溶剂为乙醇水溶液。
[0010]优选地，混合溶液中各物质摩尔比为3.8四丙基氢氧化铵:(500～550)溶剂:(0.02～0.25)Al
3+
:10SiO2:50碱，溶剂中乙醇和水的摩尔比为1:(3.0～3.5)。通过调整铝盐的加入量，可以得到具有不同硅铝比的HZSM
‑
5沸石载体。
[0011]优选地，所述的CuO/SiO2或Co3O4/SiO2前驱体采用如下方法制备：配置一定浓度的铜盐或钴盐水溶液，加入二氧化硅载体，搅拌至混合均匀；然后将所得混合物干燥后在400～420℃空气氛围中焙烧4～6小时，即得到CuO/SiO2或Co3O4/SiO2前驱体。
[0012]优选地，所述铜盐为硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜、氯化铜、乙酰丙酮铜中的至少一种；所用钴盐为硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴、氯化钴、乙酰丙酮钴中的至少一种。
[0013]优选地，所述的CuO/SiO2或Co3O4/SiO2前驱体中铜或钴金属质量占二氧化硅载体质量的1wt％～20wt％。
[0014]优选地，将γ
‑
戊内酯在气相状态下通过装填有Cu@HZSM
‑
5或Co@HZSM
‑
5催化剂的连续流动式固定床反应器，并在温和的工况条件下进行气固多相反应。
[0015]本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0016](1)本专利技术的一种利用γ
‑
戊内酯定向合成戊酸的方法，使用非贵金属基沸石封装型的Cu@HZSM
‑
5和Co@HZSM
‑
5两种催化剂使γ
‑
戊内酯进行连续式气固多相反应。在温和的反应工况下，戊酸产物经冷凝后排出，戊酸产物与固体催化剂可以进行有效的分离。在最佳反应条件下，Cu@HZSM
‑
5和Co@HZSM
‑
5两种催化体系中目标戊酸产物的产率分别高达90.3％和92.0％，本专利技术在能源及催化领域具有广阔的工业化应用前景。
[0017](2)本专利技术采用的沸石封装型催化剂中金属纳米颗粒高度分散且稳定，避免了传统沸石负载型催化剂上金属物种分散性较差及反应过程中金属烧结等问题。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1中编号为2的Cu@HZSM
‑
5(100)催化剂的透射电子显微镜照片；
[0019]图2为本专利技术实施例5所得的最佳工况下Cu@HZSM
‑
5(100)催化剂的催化稳定性结果；
[0020]图3为本专利技术实施例6中编号为3的Co@HZSM
‑
5(150)催化剂的透射电子显微镜照片；
[0021]图4为本专利技术实施例10所得的最佳工况下Co@HZSM
‑
5(150)催化剂的催化稳定性结果。
具体实施方式
[0022]为更好的理解本专利技术，下面的实施例是对本专利技术的进一步说明，但本专利技术的内容不仅仅局限于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用γ
‑
戊内酯定向合成戊酸的方法，其特征在于，该方法为γ
‑
戊内酯气体在Cu@HZSM
‑
5或Co@HZSM
‑
5催化剂存在下进行气固多相反应后冷凝收集液体产物。2.根据权利要求1所述的一种利用γ
‑
戊内酯定向合成戊酸的方法，其特征在于，所述气固多相反应的工况条件范围为：温度为180～330℃、压力为0.1～3.0MPa、空速为0.1～1.0h
‑1。3.根据权利要求1所述的一种利用γ
‑
戊内酯定向合成戊酸的方法，其特征在于，所述Cu@HZSM
‑
5催化剂中硅铝摩尔比为40～500，所述Co@HZSM
‑
5催化剂中硅铝摩尔比为40～150。4.根据权利要求1所述的一种利用γ
‑
戊内酯定向合成戊酸的方法，其特征在于，所述的Cu@HZSM
‑
5或Co@HZSM
‑
5催化剂采用如下方法制备：将二氧化硅负载金属氧化物的CuO/SiO2或Co3O4/SiO2作为前驱体与四丙基氢氧化铵、铝盐、碱和溶剂进行混合，在室温下搅拌混合均匀；随后将所得混合溶液在170～190℃下水热晶化；晶化完成后将产物分离，并将得到的固体产物洗涤至中性，干燥后在500～520℃空气氛围中焙烧4～6小时，再在400～450℃氢气氛围中还原，即得到Cu@HZSM
‑
5或Co@HZSM
‑
5催化剂。5.根据权利要求4所述的一种利用γ
‑
戊内酯定向合成戊酸的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：定明月，王洪涛，顾向奎，王琪，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：