[发明专利]镧负载的复合氧化物固体催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种糠醛合成的催化剂，具体涉及一种稀土金属镧负载的复合氧化物固体催化剂及其制备方法，该催化剂在常压下可用于催化木糖为糠醛。

背景技术

糠醛是呋喃2位上的氢原子被醛基取代的衍生物，又称2-呋喃甲醛，其分子式为C₅H₄O₂。糠醛是呋喃环系最重要的衍生物，是一个重要的由农副产品中制得的产品。糠醛由农副产品玉米芯加10％硫酸高温水解后、所含聚戊糖裂解后脱水而得。生产糠醛的原料种类较多，主要是富含戊聚糖的原料，例如：玉米芯、木屑、油菜壳、蔗渣、麦秆、稻杆等。容积重量较轻的秸秆类原料，尚未有稳定的工业化生产方法。

近年来，非酶体系催化转化农业生物质制备能源及高附加值化学品工艺被提出。所谓非酶体系催化，使用非酶物质进行催化，如水热法、微波辅助法、离子液体催化法以及复合型催化剂催化法。非酶催化工艺克服了传统酶催化工艺反应条件苛刻、酶成本高等缺点，具有技术上和经济上的可行性。复合型催化剂催化转化木聚糖是近年来转化生物质新兴的研究方向。复合型催化剂种类很多，如钙钛矿、分子筛、碳化钨等。对复合型催化剂的研究主要集中于寻找活性更高的组分和更优良的载体。复合氧化物载体不仅可以把不同氧化物的优势互补，方便地调变载体的性质，还可能产生单一氧化物不具备的新性质，成为国内外学者广泛专著的热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在常压下可催化木糖为糠醛的镧负载的复合氧化物固体催化剂。

本发明另一目的在于提供所述镧负载的复合氧化物固体催化剂的制备方法。

本发明还有一目的在于针对生物质定向生产糠醛过程中存在的技术不足，提供了一种应用镧负载的复合氧化物固体催化剂催化木糖为糠醛的方法。

本发明首次提出了一种催化木糖为糠醛的新型复合氧化物固体催化剂-ZrO₂-TiO₂/La。该复合氧化物固体催化剂负载不同量的稀土金属镧，具有一定的酸性和催化转化木糖制备糠醛的作用。本发明提出的工艺条件温和，在常压下进行，对设备要求较低，能耗较低。本发明的固体催化剂具有高选择性、可再生等优点，制备方法简单易控，其催化木糖为糠醛的方法条件温和，常压下进行，易于工业化。

为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种镧负载的复合氧化物固体催化剂，所述复合固体催化剂由二氧化钛、二氧化锆和镧组成，其结构式为ZrO₂-TiO₂/La；所述的复合氧化物固体催化剂中镧的负载质量百分比为0.1％～10％，该镧负载的复合氧化物固体催化剂是通过下面方法制备得到。

所述的镧负载的复合氧化物固体催化剂的制备方法：将ZrOCl₂.8H₂O加入蒸馏水中搅拌溶解，滴加TiCl₄溶液，然后加入稀土金属镧的硝酸盐La(NO₃)₃.6H₂O，再用浓氨水调节pH至8～12，于20～40℃放置16～36h，过滤，沉淀用蒸馏水洗涤至无氯离子，置于烘箱中烘干后置于马弗炉中450～650℃煅烧3～8h，得镧负载的复合氧化物固体催化剂；所述ZrOCl₂.8H₂O和TiCl₄和La(NO₃)₃.6H₂O的摩尔比为1∶(1～3)∶(1.5×10^-3～0.15)；所述ZrOCl₂.8H₂O与蒸馏水的质量体积比为10～20g∶100mL。

所述烘箱中烘干的温度优选为100～120℃；100～120℃烘干的时间优选为16～40h。

所述的镧负载的复合氧化物固体催化剂在催化木糖制备糠醛的应用：将木糖和复合氧化物固体催化剂置于容器中，加入蒸馏水，于100～160℃反应4～12h，反应结束后，自然冷却，抽滤，滤液蒸馏浓缩、有机溶剂萃取、蒸馏，得到糠醛；所述复合氧化物固体催化剂的质量为木糖质量的5～100％；所述有机溶剂为乙酸乙酯或二氯甲烷。

所述容器为石英三口烧瓶。木糖与蒸馏水的质量体积比优选为1g∶(50～600)mL/。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：