[發明專利]一種催化劑及其該催化劑的應用、制備、性能測試方法

有效

• 申請號: 202010002928.9
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111135828B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 方文浩;陸耀威
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: B01J23/656
• 分類號: B01J23/656;C07D307/33;G01N30/02
• 代理公司: 成都市鼎宏恒業知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51248
• 代理人: 謝敏

本發明涉及一種催化劑及其該催化劑的應用、制備、性能測試方法，該催化劑為錫錳復合氧化物負載納米鉑催化劑，具體為Pt/Sn_xMn₁O_y催化劑。該催化劑的應用方法為將乙酰丙酸催化加氫制備γ?戊內酯。本發明制備的Pt/Sn_xMn₁O_y催化劑，化學組成新穎，易于分離回收，并且重復使用過程中循環次數為3次時，γ?戊內酯產率均保持在99％以上。

技術領域

本發明涉及催化劑的制備方法及其應用領域，具體涉及一種未曾報道的錫錳復合氧化物負載納米鉑催化劑的制備方法及其在氫解(加氫水解)反應中的應用。

背景技術

化石能源的大規模利用極大地促進了人類社會和經濟的發展，但同時也帶來了全球變暖、空氣污染和能源短缺等不可避免的衍生問題。近年來，為了緩解日益嚴重的環境污染和全球能源危機問題，研究者們逐漸尋求開發新的綠色可再生資源利用方案。木質生物質資源作為一種來源廣泛、儲量豐富、價格低廉的天然清潔可再生能源，具有轉化為各種重要液體燃料和高附加值化學品的潛力和巨大的替代傳統化石能源的潛力。其中，被認為是最有前途的生物質衍生平臺分子的γ-戊內酯的合成是將生物質資源轉化為液體燃料和高附加值化學品的關鍵步驟之一。γ-戊內酯具有吸引力的物理化學性質和潛在的燃料應用，其無毒且可被生物降解；可用作食品添加劑和燃料添加劑，也可用作綠色溶劑和尼龍中間體，并可進一步升級轉化為各種衍生物，如甲基四氫呋喃、烷烴和1，4-戊二醇。目前，科學研究的重點是將生物質平臺分子——乙酰丙酸催化氫化制備γ-戊內酯的生產工藝的優化。

目前，已開發的催化乙酰丙酸加氫生產γ-戊內酯的催化劑主要分為：均相催化劑和非均相催化劑。均相催化劑需要復雜的合成步驟且花費高昂，耐久性很差且很難回收再利用，這極大地限制了其在工業催化中的大規模應用。非均相催化劑參與的氣相加氫過程對乙酰丙酸的汽化具有能量敏感性(乙酰丙酸的沸點為245-246℃)，所需工作溫度很高，對生產設備要求很嚴格。相反地，液相加氫工藝簡單且更經濟，已經引起了研究人員的注意。但工業上使用的非貴金屬催化劑，如Cu基催化劑，催化劑活性不高，目標產率較低，工作溫度一般在200℃以上，工作壓力在30個大氣壓(3MPa)以上，并且催化劑重復穩定性差，活性金屬容易丟失，易生成高產率的焦炭。對于工業上使用的貴金屬催化劑，如Ru/C，工作溫度在150℃以上，工作壓力在30個大氣壓以上，其活性貴金屬成分在反應過程中快速失活，且失活是不可逆的，這就使得生產成本大大地提高。

因此，為了兼顧催化劑的生產成本，生產設備的簡易化和目標產物γ-戊內酯的高收率；目前非常需要設計在低溫、低壓的條件下，高效催化乙酰丙酸液相加氫生產γ-戊內酯，并且具有強穩定性的多相催化劑。

現有技術缺點：

1)工業上乙酰丙酸加氫制γ-戊內酯工藝所使用的均相催化劑制備流程復雜，配體非常昂貴，催化劑再循環效果差，并且很難進行回收。

2)氣相加氫需要高能量輸入將乙酰丙酸汽化參與反應，所用反應設備昂貴，反應條件苛刻，反應危險系數很大，進而生產成本增加。

3)Ir，Ru，Pd，Pt等常用的貴金屬催化劑雖然具有良好的催化性能和循環可用性，但通常所用負載量較高，導致生產成本大大增加。另外，化學添加劑的使用也限制了它們在工業中的應用。

4)工業上的非貴金屬催化劑含有Ni，Cr等金屬元素，存在著催化劑具有致癌性，反應廢液排放對水體污染嚴重，催化劑用量大且難以獲得高催化活性，經濟效益低。特別地，催化反應過程中活性金屬容易流失，易產生大量焦炭，這無疑會增加分離純化工藝流程。