[发明专利]一种用于合成丙酮醛的催化剂的生物还原制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于合成丙酮醛的催化剂，尤其是涉及一种用于合成丙酮醛的催化剂的生物还原制备方法。

背景技术

丙酮醛又称甲基乙二醛，是一种黄绿色的液体，由于含有相邻两个羰基而具有独特的反应性能，是一种重要的合成中间体，可用于合成药物中间体如4-甲基咪唑，另外还可以用于生物化学和有机合成，可通过气化反应得到用途广泛的乳酸。丙酮醛的合成方法主要有丙酮法和1，2-丙二醇法两种，后者具有更好的得率及工业化前景。

传统的丙酮醛制造工艺(参见专利文献：CN1586719，CN1240203，CN1145276，CN1105977，JP10287610，JP61068440，JP56150035，US4302609)以1，2-丙二醇为原料，电解银作为催化剂，气相脱氢氧化制得丙酮醛。该法存在的问题是对反应温度要求较高，欲达到较高的收率一般反应温度需要在500℃以上，同时由于电解银催化剂很容易在高温时发生团聚，从而会导致催化剂的活性急剧下降，反应床层压力增大，最后不得不停产。而且，高温时原料易断键发生深度氧化，催化剂表面也容易积炭，在如此高温条件下同时获得高的转化率和选择性依然是个挑战。

纳米材料由于其量子尺寸效应、小尺寸效应、表面界面效应以及宏观量子隧道效应显示出优良的光学、热学、磁学、力学、电学以及化学性能而倍受关注。纳米银已在催化、抗菌、电子电路等领域得到广泛的应用，在表面增强拉曼散射(SERS)、新型储氢材料、复合材料电极、低温导热材料等也有相当的应用前景。相对于传统的物理法和化学法，近年来出现的微生物还原法，具有成本低、绿色环保及纳米颗粒稳定等优点，成为纳米银颗粒具有市场前景的制备方法。

发明内容

本发明的目的旨在于提供一种用于合成丙酮醛的催化剂的生物还原制备方法，所述用于合成丙酮醛的催化剂是一种用于1，2-丙二醇气相脱氢氧化合成丙酮醛的纳米银催化剂。

本发明包括以下步骤：

1)将扩大培养的微生物经干燥、研磨制成菌粉备用；

2)将菌粉配制成菌悬液，再与碱溶液、银化合物混合，反应后得含生物质和纳米银溶胶的混合液；

3)将混合液离心分离，收集上层清液得到包裹有生物质的银溶胶；下层沉淀干燥后得下层银粉；

4)将银溶胶蒸发浓缩，加入有机溶剂使银胶粒脱水沉淀，过滤或离心分离收集沉淀；干燥后得上层银粉；

5)将上层银粉或下层银粉溶解在去离子水中，按载体与银粉的质量比为1∶(0.1～0.4)加入载体，经浸渍、干燥、焙烧后得到用于合成丙酮醛的催化剂(所述用于合成丙酮醛的催化剂是一种纳米银催化剂)。

在步骤1)中，所述微生物可采用芽孢杆菌科细菌，棒状杆菌，乳酸杆菌，气单胞菌或毕赤酵母等菌属的菌株。

在步骤2)中，所述菌悬液的浓度可为0.1～200g/L，所述碱溶液可为NaOH或KOH等，所述银化合物可为银氨溶液、硝酸银溶液或氧化银固体等；反应体系中银的质量浓度与菌粉的质量浓度比可为1∶(0.3～5)，优选1∶(0.5～2)；银的摩尔浓度与碱溶液的摩尔浓度比可为1∶(1～40)，优选1∶(2～20)；所述反应的温度最好为30～90℃，反应的时间最好为2～20h。

在步骤3)中，所述干燥的温度最好为30～60℃。

在步骤4)中，所述有机溶剂可选自乙醇或丙酮等，所述银溶胶与有机溶剂的体积比可为1∶(2～1)，所述干燥的温度最好为30～60℃。

在步骤5)中，所述载体可为ZrO₂或α-Al₂O₃等。

本发明通过采用生物还原法制备得到纳米银，将其浸渍到载体得到银催化剂，银的分散均匀。采用所制备的纳米银催化剂，1，2-丙二醇汽化后与空气混合进入反应管进行反应，反应温度320～350℃，1，2-丙二醇的流速为3～8mL/h，空气流速为120～160mL/min，常压条件下对催化剂进行评价。评价结果表明，与现有技术相比较，催化剂的稳定性高，对于1，2-丙二醇选择性氧化制备丙酮醛的反应，具有反应条件温和、活性和选择性好、催化剂用量小、易于循环使用的特点，1，2-丙二醇的转化率最高可达97％，选择性可达78％。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1