[发明专利]一种利用甘油生产乳酸的方法及其专用催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用甘油生产乳酸的方法及其专用催化剂。

背景技术

乳酸除了用于香料和香精的生产，在许多行业如酿酒、食品、制药、日化、水 产养殖，以及制革、卷烟、毛纺等各行业中均有广泛应用。值得注意的是，以乳酸 为原料聚合得到的聚乳酸无毒，无刺激性，是一种具有良好生物可降解性和生物相 容性，以及良好力学性能和物理性能的高分子材料，被称为“绿色塑料”，是有望 代替目前基于化石资源的聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯等材料的新型生态绿 色环保材料，由于其良好的生物可降解性和生物相容性，目前其在生物医学领域已 经引起了广泛的关注。目前工业生产乳酸的方法主要是发酵法和化学合成法。化学 合成方法制备乳酸有乳腈法、丙稀腈法、丙酸法、丙稀法等，用于工业生产的仅乳 腈法(也叫乙醛氢氰酸法)和丙稀腈法。发酵法的主要途径是淀粉在乳酸菌作用下， 调节一定pH值经发酵得乳酸，发酵主要分同型发酵和异型发酵。发酵法因其工艺 简单，原料充足，发展较早而成为比较成熟的乳酸生产方法，约占乳酸生产的70％ 以上，但周期长，只能间歇或半连续化生产。化学合成法可实现乳酸的大规模连续 化生产，且合成乳酸也已得到美国食品和药品管理局(FDA)的认可，但原料一般具 有毒性，不符合可持续发展要求。以生物质作为原料，通过多相催化途径合成得到 乳酸的研究具有重要意义。

已知乳酸可以由甘油醛在碱性条件下发生重排反应得到，而甘油醛是甘油氧化 的重要产物之一。甘油是生物柴油生产过程中必然伴生的副产物，随着生物柴油产 量的不断提高，甘油的产量非常可观。利用甘油转化生产一系列化学品以及化学中 间品，与目前的以乙烯、苯或其它石油烃为原料的工艺相比，除了可再生及CO₂零 排放(光合作用的结果)等特点外，甘油中富含活泼的羟基，易于被官能团取代而 合成许多以往要经过很复杂的烃类反应才能得到的特种化学品，因而显示出巨大的 优势。因此以甘油为原料，通过氧化途径转化为甘油醛，进一步得到乳酸的“一锅 法(one pot)”反应是很好利用生物质资源——甘油的重要形式。该方法不但开发 了甘油利用的新用途，也为乳酸提供了可持续的原料来源。

目前以甘油为原料合成乳酸主要有三种方法：

1、直接在高温强碱性条件下转化得到乳酸

该方法不借助任何催化剂，在300℃的近临界水中，1.25mol/L(碱与底物的摩 尔比为4∶1)NaOH的水热条件下，反应90分钟，得到的乳酸的产率达90％。该方 法存在的问题是：反应过程所需温度较高，需要耐受较高的水热压力，对生产设备 提出了苛刻的要求。

2、碱性条件下的甘油脱氢反应得到乳酸

该反应以水为介质，加入的无机碱是NaOH或CaO，选取H₂压力为40bar，反 应温度为200℃，以Ru/C为催化剂，反应时间为5小时，可以获得甘油转化率为 25-100％，乳酸选择性为19-58％。该方法存在的问题是：(1)反应中需要用到大量的 H₂作为反应原料，而H₂本身是一种很重要的能源物质，其来源有限、成本较高，且 不易储存和运输；(2)反应过程中较高的氢气压力、高温条件下的碱性环境对于设 备要求较高，不可避免地引起设备腐蚀，增加设备投入费用，且操作过程不安全。

3、氧化条件下甘油氧化重排反应得到乳酸

发明人前期工作中发现，以水为介质，加入NaOH提供碱性环境，选取O₂压力 为15atm，反应温度为20℃，在负载型Au催化剂的作用下，反应时间2小时，可 以获得甘油的转化率为70％，乳酸的选择性为46％，得到最高的乳酸收率为32％。但 是该方法得到的乳酸选择性仍然较低，对于甘油的充分转化和利用效率不高，分离 产物所需的成本亦较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用甘油生产乳酸的方法及其专用催化剂。

本发明提供的用于利用甘油生产乳酸的催化剂，是将0.1-30质量份活性成分 负载于100质量份载体得到的；所述活性成分为如下(1)或(2)：(1)Pt；(2) 由Pt和Pt以外的其它贵金属组成的组合物。

所述其它贵金属可为Pd、Rh、Ru、Au和Ag等中的至少一种。