[發(fā)明專利]一種鉍基負載型多功能固體催化劑及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113413912B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設計）人: 王芬芬;曲冬雪;董文迪;陳宇輝
• 申請（專利權）人: 南京工業(yè)大學
• 主分類號: B01J29/78
• 分類號: B01J29/78;C07C51/31;C07C59/06
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 肖明芳

本發(fā)明公開一種鉍基負載型多功能固體催化劑，所述催化劑以H?β分子篩為載體，Bi₂O₃為活性組分，Bi的負載量為0.5~20 wt%，H?β分子篩的硅鋁摩爾比為25~80。本發(fā)明制備的鉍基負載型固體催化劑可以實現在水熱條件下高轉化率，高選擇性地將纖維素直接轉化為乙醇酸，其催化性能顯著，且制備方法簡單，易重復。

技術領域

本發(fā)明屬于催化劑領域，具體涉及一種鉍基負載型固體催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

乙醇酸是一組知名化學品的統(tǒng)稱，包括果酸和α～羥基酸。通常是從蔗糖分離出來的，因此可以被視為天然產品。乙醇酸作為一種雙碳α～羥基酸，可用于生產聚乙醇酸(PGA)或與乳酸的共聚物。PGA基塑料具有可生物降解性和生物相容性，主要應用于包裝材料(薄膜、容器、杯子等)或醫(yī)學(如組織和骨工程或控制藥物釋放)。乙醇酸可以通過可控的乙醇酸ROP(開環(huán)聚合)生產，類似于聚乳酸的生產。乙醇酸主要由甲醛羰基化(通常作為合成乙二醇的中間體)或氯乙酸與NaOH反應而產生。

文獻(ACS Catal.,2012,2,1698.)報道了一種使用雜鉬酸為多功能催化劑，在水介質中催化纖維素水解氧化制乙醇酸的方法，反應溫度為180℃，時間為1h，氧氣為0.6MPa，乙醇酸產率高達49.3％，但是催化劑的回收比較困難，需要多個能源密集型步驟(溶劑蒸發(fā)、酸的酯化和分解剩余固體物質)。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：為解決現有技術中存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種鉍基負載型多功能固體催化劑及其制備方法，并將其應用在纖維素氧化水解制乙醇酸中。

為實現上述目的，本發(fā)明公開了一種鉍基負載型多功能固體催化劑，所述催化劑以H-β分子篩為載體，Bi₂O₃為活性組分，Bi的負載量為0.5～20wt％。本發(fā)明進一步提出了上述鉍基負載型多功能固體催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)取H-β分子篩，用不同濃度的鉍鹽溶液進行離子交換；

(2)將步驟(1)處理得到的離子交換液體洗滌、過濾，然后真空干燥；

(3)將步驟(2)處理得到的干燥后樣品進行高溫煅燒即得。

其中，所述H-β分子篩的硅鋁摩爾比為25～80。

所述離子交換條件為：將H-β分子篩在60～100℃下負載不同濃度的鉍鹽溶液中攪拌反應6～12h。

所述真空干燥的條件為在50～80℃真空條件下干燥8～12h。

高溫煅燒的條件為在500～700℃下焙燒處理4～8h。

優(yōu)選地，所述鉍鹽溶液為硝酸鉍溶液。

優(yōu)選地，所述的離子交換溫度為80℃。

優(yōu)選地，所述的鉍的負載量為3wt％。

優(yōu)選地，所述的H-β分子篩的硅鋁摩爾比為40。

本發(fā)明進一步提出了上述催化劑用于以纖維素為原料催化氧化水解制備乙醇酸的應用。

具體地，在應用時，將催化劑、纖維素和水加入到高壓反應釜中，氮氣置換反應釜中的空氣若干次，然后充入0.5～2.0MPa氧氣，在120～220℃下恒溫反應6～12h后自然冷卻即可。

其中，催化劑和纖維素的用量比為0.05～0.1，纖維素與水的質量比為0.004～0.042。