[發明專利]一種從纖維素制備5-羥甲基糠醛的催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201811036252.4
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109092309B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 吳瓊;于世濤;劉仕偉;李文靜;張高月;高明明
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;B01J37/08;B01J37/10;C07D307/46
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團代

一種從纖維素制備5?羥甲基糠醛的催化劑的制備方法，其特征在于：以葡萄糖，纖維素，樹皮等生物質資源為原料，含有金屬鎳的化合物為原料，水熱條件下制備得到鎳摻雜的生物質基碳復合物，后在惰性氣體氛圍下高溫碳化，得到鎳摻雜炭基催化劑，得到的催化劑具有L?型和B?型雙酸型活性位點，同時具有發達的孔隙結構。在氫氣氛圍的水熱環境下，將此催化劑用于纖維素催化降解反應，產物5?羥甲基糠醛具有較高的收率，催化劑循環使用性能好。本操作工藝的主要特點為利用生物質資源制備的炭基催化劑催化降解生物質得到高附加值平臺化合物，充分利用環保廉價易得的生物質資源，催化反應過程操作簡單，產率高。

所屬技術領域：

本發明涉及納米催化劑制備領域，特別是涉及一種從纖維素制備5-羥甲基糠醛的催化劑的制備方法

背景技術：

5-羥甲基糠醛是一種纖維素降解制備乙酰丙酸的平臺化合物，是合成精細化學品和呋喃類聚合物的重要中間體，同時也是用于制藥的有效活性組分。5-羥甲基糠醛被認為是生物質化工，石油化工和有機化學等領域的主要中間體，因此尋求有效綠色的路徑由纖維素制備5-羥甲基糠醛具有實際的意義和價值。

當以水為媒介的反應溫度高于200℃時，反應物同時發生熱降解和水解反應，稱為“水熱降解”。研究指出，發生水熱降解反應時，即使沒有催化劑的添加，纖維素仍然表現出較高的轉化率，通過調節反應溫度和壓力又能直接影響轉化率，但是在無催化劑添加的條件下，產物的選擇性較差。酸性催化劑廣泛被用作增強纖維素催化轉化中5-羥甲基糠醛的轉化率和產率，以生物質資源為原料制備的炭材料表面具有豐富的含氧官能團，表現出一定的酸性性質，金屬的添加能夠促進發達孔隙的生成，利于催化反應媒介的運輸。因此，探索制備金屬摻雜的生物質基炭催化劑，用來催化降解纖維素制備5-羥甲基糠醛具有指導性的意義。

公開號為CN103028424A的中國專利介紹了一種用于5-羥甲基糠醛合成的固體酸催化劑的制備方法，將氧化物溶于去離子水中，然后用沉淀劑使其沉淀完全，陳化后，洗滌過濾烘干，然后將沉淀物浸泡在硫酸溶液或者鉻溶液中，浸漬后，焙燒得到固體酸催化劑，可以用于合成5-羥甲基糠醛，具有較高的得率。催化劑的主要活性組分是硫酸根粒子和鉻粒子，對環境造成一定的負擔。

公開號為CN106810518A的中國專利介紹了一種由葡萄糖制備5-羥甲基糠醛的方法，將原料葡萄糖，有機溶劑，復合催化劑和水混合均勻后置于反應器，常壓下加熱反應制備5-羥甲基糠醛。其中復合催化劑由硼酸和氯化物(包括氯化鉀，氯化鈣，氯化鎂，氯化鈉，氯化鋁，氯化鋅，氯化鎳，氯化錳等無機鹽中的一種或兩種以上復合而成)組成，該法采用的催化劑無強酸添加，反應條件比較溫和，成本相對較低。但是催化劑中氯化物的種類和與硼酸的比例對催化效果影響較大，波動范圍較大。

公開號為CN106467507A的中國專利提供了一種5-羥甲基糠醛的制備方法，在固體酸催化劑的催化作用下，碳水化合物在金屬鹽，水和四氫呋喃組成的雙液相體系中，經反應得到5-羥甲基糠醛，金屬鹽包括氯化鈉，硫酸鈉和硝酸鈉中的任一種，催化劑選用分子篩和鈮酸的多相催化體系，利于催化劑分離。但是體系涉及催化劑，金屬鹽，四氫呋喃等多項試劑和化學藥品，增加了反應成本。

公開號為CN101812039A的中國專利提供了一種離子液體催化生成5-羥甲基糠醛的方法，先將反應物溶于有機試劑中(包括乙醇，甲醇，二甲基亞砜，N,N二甲基甲酰胺，N,N二甲基甲酰胺-鹵化鹽體系等)，再加入一定比例的離子液體，后在惰性氣體氛圍下，70-120℃反應2小時，中和反應溶液，過濾干燥，蒸餾得到產物5-羥甲基糠醛，該反應屬于均相催化反應，催化劑添加量少，產率高。但是反應步驟繁瑣，需要蒸餾等過程，對離子液體催化劑的陰陽離子種類選擇較復雜，有機試劑也對環境帶來一定負擔。