[發明專利]一種制備Ni-Al基氧化物催化劑的方法

有效

• 申請號: 201911328809.6
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN113000049B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 王光輝;潘政宜;羅榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;B01J35/10
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陸薇薇

本發明公開了一種Ni?Al基氧化物催化劑及制備方法。以聚合物球為模板，由于金屬離子與聚合物球表面之間存在強靜電作用，使Ni²⁺、Al³⁺和其它金屬離子助劑均勻吸附在聚合物表面，并以此為基礎在聚合物表面形成的類水滑石結構物質作為催化劑前驅體，可以實現金屬元素之間的均勻分散；由于類水滑石均勻覆蓋在聚合物球表面，氧化處理脫除聚合物后，可以構筑Ni?Al基氧化物空心球三維結構；此外，不添加模板劑，可制備具有實心結構的Ni?Al基氧化物催化劑；改變前驅體焙燒溫度或Ni²⁺/Al³⁺原子比可以調控催化劑中各金屬離子之間的相互作用程度。所獲得的催化劑具有高活性比表面積、高分散度高、高傳質，生產成本低，易于分離，循環穩定性好等特點，具有工業化應用價值。

技術領域

本發明涉及一種Ni-Al水滑石基金屬氧化物催化劑的制備及在轉移加氫反應中的應用，在生物質轉化、醫藥及精細化學品生產等領域具有廣泛的應用前景。

背景技術

為解決能源和環境問題，利用可再生生物質平臺分子生產高附加值燃料和化學品的研究引起了世界各國的廣泛關注。α，β-不飽和醇是重要的有機化工原料，主要用于生產合成纖維、香料、增塑劑、藥物、化妝品和染料等，具有廣泛應用價值和經濟效益。由于生產糠醇、肉桂醇等α，β-不飽和醇所需的原料中含多種不飽和官能團(如C＝C和C＝O鍵)，因此為了提高目標產物的選擇性，對C＝O鍵的選擇性加氫十分必要。目前，C＝O鍵加氫的途徑主要有兩種。其中，與以H₂為氫源的加氫途徑相比，轉移加氫途徑更安全可靠。然而，實現C＝O鍵的轉移加氫是一個巨大的挑戰。如何解決這一難題，催化劑的合理設計是關鍵。

目前，已經報道的轉移加氫催化劑主要包括：貴金屬、非貴金屬和金屬氧化物等催化劑。其中，Pt、Pd、Ru和Rh等貴金屬催化劑具有較好的轉移加氫活性，但生產成本高，不利于大規模生產。Ni、Co、Fe或Cu等非貴金屬催化劑存在目標產物選擇性差的缺點。另外，CN110354886A公開了一種氮摻雜碳負載鎳鈷雙金屬納米催化劑用于糠醛轉移加氫的方法，以異丙醇為溶劑和氫源，糠醛在160℃反應后得到的糠醇產率約為75％；CN 109942517A公開了一種金屬氫氧化物催化糠醛轉移加氫制備糠醇的方法，例如，利用乙醇作為溶劑和氫源，以Al(OH)₃為催化劑，在反應溫度180℃下，糠醇產率約為86.7％；CN 106928167A公開了一種鋯類催化劑催化糠醛轉移加氫制備糠醇的方法，其中，使用異丙醇為溶劑和氫源，以Zr(OH)₄為催化劑，在反應溫度170℃下，糠醇產率約為81.5％。CN 110227551A公開了一種疏水改性的核殼催化劑(ZIF-67@SiO₂)用于肉桂醛轉移加氫制備肉桂醇的方法，使用異丙醇為溶劑和氫源，在ZIF-67@SiO₂催化劑、180℃反應條件下，糠醇產率約為93.2％。但上述四種催化劑都存在反應體系溫度過高的問題。相關文獻(ACS Sustainable ChemistryEngineering,2018,6:17220-17229)報道，商業NiO催化劑在反應溫度120℃下具有糠醛轉移加氫反應活性，但糠醇收率(80.9％)有待提高。此外，相關文獻(ACS Catalysis,2017,7:2735-2743)報道，與NiO相比，Al摻雜的NiO催化劑更有利于醇O-H鍵的斷裂，這可能對轉移加氫反應有良好的促進作用。因此，我們認為Ni-Al基氧化物催化劑在以醇為氫源的α，β-不飽和醛生物質平臺分子選擇性加氫反應中會有優異性能。

相關文獻(Chemical Society Reviews,2014,43:7040-7066)報道，以Ni-Al水滑石為前驅體可以制備原子高度分散的Ni-Al基金屬氧化物催化劑。然而，通過傳統方法制備的非負載型水滑石前驅體往往存在緊密堆積的現象，導致催化劑活性比表面積較低，傳質受阻，影響其催化的活性、選擇性和穩定性。因此，開發高活性比表面積、高傳質的Ni-Al基金屬氧化物催化劑用于α，β-不飽和醛生物質平臺分子轉移加氫制備不飽和醇是當前研究的重點。

發明內容