[發明專利]磁性納米材料負載釕催化劑及其在催化5-羥甲基糠醛制備2,5-二甲基呋喃中的應用

無效

• 申請號: 201510023301.0
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN104607202A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 張澤會;劉冰;王樹國;呂康樂;任永申
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;C07D307/36
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 余曉雪;王敏鋒

技術領域

本發明涉及新型催化劑材料的制備及應用技術領域，具體涉及一種磁性納米材料負載釕催化劑及其在催化5-羥甲基糠醛制備2,5-二甲基呋喃中的應用。

背景技術

隨著化石資源的日益枯竭以及全球溫室氣體排放量的不斷攀升，由可再生的生物質資源生產高附加值的燃料受到了廣泛的關注，成為當前科學研究的熱點領域。

2，5-二甲基呋喃(DMF)是一種非常有前景的可再生液體生物質燃料，與乙醇相比，具有能量密度高，沸點高，防爆性能好等特點。

目前DMF主要是通過催化氫化5-羥甲基糠醛(HMF)制備得到。例如Roman-Leshkov等在雙相體系中首先使用鹽酸催化果糖生成HMF，然后使用Cu：Ru/C催化劑催化轉化5-HMF生成DMF，其中DMF產率為79％(Nature[J],2007,447:982～986)。Rauchfuss等以甲酸作為酸和氫源，以鈀碳(Pd/C)作為催化劑將果糖一鍋法催化轉化成DMF，產率為51％(Angew.Chem.Int.Ed[J].2010,49,6616～6618.)。

最近Hu,L等發現，以Ru/C作為催化劑，以分子氫作為氫源，200℃反應2h后催化HMF轉化生成DMF的最高產率可以達到94.7％，且HMF的轉化率可以達到100％。且該催化劑可以回收利用三次而催化活性幾乎不會下降(Ind.Eng.Chem.Res[J].2014,53,3056-3064)。

然而，現有技術所公開的制備DMF方法中大部分都使用了貴金屬催化劑，且催化劑回收不便，不利于大規模生產。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的是提供一種磁性納米材料負載釕(Fe₃O₄@C-Ru)催化劑及其在催化5-羥甲基糠醛制備2,5-二甲基呋喃中的應用，其中，催化劑的載體磁性納米材料為碳包裹Fe₃O₄的核殼型磁性納米材料，簡稱為Fe₃O₄@C，Fe₃O₄@C可按照現有技術進行制備。

首先，本發明提供了一種磁性納米材料Fe₃O₄@C負載釕(Fe₃O₄@C-Ru)催化劑，所述催化劑中活性組分釕為納米金屬粒子，所述催化劑中釕元素質量分數為1％～10％；

優選的，所述催化劑的合成方法的步驟如下：

(1)、將FeCl₃·6H₂O、聚乙烯吡咯烷酮和醋酸鈉加入到乙二醇中，通過溶劑熱反應制得Fe₃O₄納米材料。

(2)、將步驟(1)所制得的Fe₃O₄納米材料與葡萄糖進行溶劑化反應得到Fe₃O₄@C。

(3)、將步驟(2)所制得的Fe₃O₄@C超聲(超聲時間為0.5h)分散到乙二醇中，加入水合三氯化釕RuCl₃·xH₂O加熱一段時間后后得到Fe₃O₄@C-Ru催化劑。

更優選的，步驟(3)中加熱溫度為25～150℃；

更優選的，步驟(3)中加熱時間為2-12h；

將本發明所制備的Fe₃O₄@C-Ru催化劑用于催化5-羥甲基糠醛制備2,5-二甲基呋喃，其步驟如下：在Fe₃O₄@C-Ru催化劑的作用下，將5-羥甲基糠醛在溶劑中進行氫解反應得到2，5-二甲基呋喃。

優選的，所述氫解反應的溫度為：25～150℃；

優選的，所述氫解反應的壓力為1bar～30bar；

優選的，所述Fe₃O₄@C-Ru催化劑與5-羥甲基糠醛的質量比為1.2-1.3：1。

與現有技術相比，本發明催化劑及其應用的優點和有益效果在于：

1、相對于其它貴金屬鈀，鉑等，本發明所用催化劑的活性組分為價格相對低廉的金屬釕；