[发明专利]一种包覆型磁性纳米Fe

说明书

本发明涉及乳酸制备技术领域，特指一种包覆型磁性纳米Fe₃O₄负载钯催化剂在甘油制备乳酸中的应用。本发明所提供的方法是以生物质甘油为原料，反应温度100‑200℃、反应时间为2‑5h，以可循环利用的包覆型磁性纳米Fe₃O₄负载钯为催化剂、碱性条件下，高压反应釜中进行反应得到乳酸。反应结束后，回收包覆型磁性纳米Fe₃O₄负载钯催化剂并循环利用，催化剂可重复利用的次数不低于10次。本发明方法具有反应温度低、甘油转化率高、目标产物选择性高、反应速率快、催化剂重复利用性能高、过程简单安全环保等优点，具有良好的工业化前景。

技术领域

本发明涉及乳酸制备技术领域，特指一种包覆型磁性纳米Fe₃O₄负载钯催化剂在甘油制备乳酸中的应用。

背景技术

乳酸(lactic acid)是三大有机酸之一，是一种重要的生物化工产品，主要应用在食品和医药等工业；由于乳酸对人体无副作用，容易吸收，可直接参与体内代谢，促进消化及抑制肠道内的有害细菌等作用，故应用十分广泛。乳酸及其衍生物被公认为是安全的食品添加剂；乳酸在医药工业中，由于乳酸具有很强的杀菌作用，强极性和亲水性，同时它又可作为收敛性杀菌剂，还能降低血清胆固醇，增强人体免疫力。另外，乳酸聚合得到聚乳酸，聚乳酸可以抽成丝纺成线；乳酸在皮革工业、化妆品工业、卷烟生产等行业中都有着广泛的用途，乳酸可以合成聚乳酸，聚乳酸作为生物降解性塑料，可广泛应用于制造一次性食品包装袋、食品容器、包装纸、购物袋、卫生用纸、农用薄膜等，有利于保护生态环境，防止环境污染，因此，乳酸的需求量将越来越大。

传统乳酸生产采用糖为原料的发酵技术，甘油浓度10％，生物酶为催化剂。存在产量低，生物废水多，成本高的问题。

甘油作为生产生物柴油的副产品，其产量非常庞大，约占生物柴油总体的10％-20％，相关文献报道每年从生物柴油生产的甘油约达2500kt，说明甘油在市场上非常过剩，根据其巨大的可用性，以及分子中的三个活泼的羟基，易于取代转化生产一系列化学品以及化学中间品，具备可再生及二氧化碳零排放的特点，因此甘油的开发利用具有巨大的前景；近年来研究发现，乳酸是由甘油转化合成的比较重要的化学品，这样既为甘油的开发利用开辟了新途径，也因此为乳酸提供了可持续的原料来源。化学合成法一般采用单一贵金属Pt,Pd,Au,Ag 或其合金为催化剂。贵金属有氧催化法和高温水热无氧化法，存在贵金属催化剂成本高等缺点。

专利CN104045543A公开了一种纳米铜催化甘油制备乳酸的方法，以甘油为原料，反应温度150-230℃，反应时间为0.5-4h，在纳米铜存在的无氧碱性条件下，在高压反应釜中制备乳酸，可获得甘油转化率为70-100％，乳酸选择性67-90％，该技术采用非贵金属为催化剂，催化剂成本低，但乳酸选择性和甘油转化率低，以及未公开催化剂循环利用性能。

发明内容

针对现有技术中此类反应温度、压力高、反应时间长，贵金属催化剂成本高以及催化剂重复利用率低问题，本发明提出使用可循环利用的包覆型磁性纳米Fe₃O₄负载钯催化剂，该贵金属合金催化剂具有较高的催化甘油制备乳酸活性，并具有良好的循环使用特性。

一种包覆型磁性纳米Fe₃O₄负载钯催化剂在甘油制备乳酸中的应用，包括如下步骤：

(1)以生物质甘油为原料，配制甘油水溶液，备用；

(2)在甘油水溶液中，依次加入包覆型磁性纳米Fe₃O₄负载钯催化剂，碱性固体，然后置于高纯氮气排空的无氧高压反应釜中，加热至100～200℃，反应2～5h，反应结束即得到乳酸；