[發明專利]一種高效催化5-羥甲基糠醛制2,5-呋喃二甲醛的雜原子摻雜有序介孔炭負載釕催化劑

有效

• 申請號: 201810382682.5
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108435230B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 董文生;張軻;劉春玲;李吉凡
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J27/185;B01J23/46;C07D307/46
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 高雪霞

本發明公開了一種高效催化5?羥甲基糠醛制2,5?呋喃二甲醛的雜原子摻雜有序介孔炭負載釕催化劑，該催化劑的活性組分為Ru，載體是雜原子摻雜有序介孔炭，所述的雜原子為氮、磷、硼中任意一種；以催化劑計，Ru的負載量為0.5wt.％～3wt.％；該催化劑采用浸漬法制備而成。本發明雜原子摻雜有序介孔炭負載釕催化劑制備方法簡單，對環境友好無污染，用于催化轉化5?羥甲基糠醛制備2,5?呋喃二甲醛的催化活性好，在較低的Ru負載量和很短的反應時間內(4小時)基本能夠完全催化轉化5?羥甲基糠醛，其中Ru的負載量為1％時，2,5?呋喃二甲醛產率可達到82％以上，并且催化劑易于分離回收，且循環使用穩定性好。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，具體涉及一種炭基復合材料負載釕催化劑及其在催化轉化5-羥甲基糠醛制備2,5-呋喃二甲醛中的應用。

背景技術

隨著石化燃料資源的日趨減少和生態環境問題的日益突出，開發利用可再生的、環境友好的生物質資源來替代化石能源已經成為國內外研究人員關注的熱點。從生物質資源以及其下游產品出發可以制備許多種化工產品，其中2,5-呋喃二甲醛就是一種很重要的中間體化合物。

2,5-呋喃二甲醛又名2,5-二甲酰基呋喃，分子式C₆H₄O₃，易溶于乙醇、甲醇、乙腈、四氫呋喃、甲苯等大多數有機溶劑，密度為1.298g/cm³，熔點110℃。2,5-呋喃二甲醛是5-羥甲基糠醛選擇性氧化所得重要下游產品。它可以通過加氫、氧化、聚合、水解以及其它化學反應，合成許多有用的化合物和新型的高分子材料。包括醫藥、抗真菌劑、有機導體、熒光劑和大環配體等，具有重要的社會及經濟意義。

2,5呋喃二甲醛可由5-羥甲基糠醛選擇性催化氧化得到。但此反應過程復雜，隨著反應條件的變化會產生不同的反應，此反應傳統的催化劑有：(1)傳統氧化劑如四乙酸鉛；(2)貴金屬催化劑如Ru/C、Pt/C、Ru/γ-AL₂O₃；(3)釩基催化劑如V₂O₅/TiO₂；(4)鐵基催化劑如Fe₃O₄@SiO_2-NH₂-Ru等，但是傳統催化過程存在反應條件苛刻，催化體系復雜，反應過程易產生有毒有害物質，催化劑回收率差等缺點，炭基復合材料是一種新型綠色環保的催化劑載體，利用其合成的催化劑具有容易與反應物分離、工藝設備簡單、腐蝕性小、對環境污染小并且可重復使用等優點。

近期，Kajari Ghosh及其團隊報道了用三聚氰胺和多聚甲醛合成Ru@mPMF催化劑用于5-羥甲基糠醛制備2,5-呋喃二甲醛反應，其達到了高效的轉換率和較優的收率，但其存在反應時間長，活性組分含量高且催化劑合成過程復雜等缺點。

發明內容

本發明的目的在于解決現有制備2,5呋喃二甲醛技術中存在的缺點與不足，提出一種高效催化5-羥甲基糠醛制2,5-呋喃二甲醛的雜原子摻雜有序介孔炭負載釕催化劑。

解決上述技術問題所采用的催化劑的活性組分為Ru，載體是雜原子摻雜有序介孔炭，所述的雜原子為氮、磷、硼中任意一種；以催化劑計，Ru的負載量為0.5wt.％～3wt.％；該催化劑采用浸漬法制備而成。

上述雜原子摻雜有序介孔炭由下述方法制備得到：將SBA-15、質量分數為20％的酚醛樹脂-乙醇溶液和雜原子源混合均勻，室溫攪拌至乙醇完全蒸發，100℃固化2小時，在氮氣氣氛下以2～5℃/min的升溫速率升至500～600℃炭化3～4小時，然后加入質量分數為5％的HF水溶液中，60～80℃攪拌1～3小時，除去SBA-15，100℃真空干燥12小時，得到雜原子摻雜有序介孔炭。

上述制備方法中，所述的雜原子源是三聚氰胺、磷酸三苯酯、苯硼酸中的任意一種；所述的酚醛樹脂與雜原子源、SBA-15的質量比為1:0.3:1～1:1:1。