[发明专利]一种催化5-羟甲基糠醛选择性加氢脱氧制备2;5-二甲基呋喃的催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种催化5‑羟甲基糠醛选择性加氢脱氧制备2,5‑二甲基呋喃的催化剂及制备方法，该催化剂为基于同一氧化物的金属‑酸双功能催化剂，通过共沉淀法合成，加入聚乙烯吡咯烷酮提高其稳定性；通过改变不同还原温度，还原时间改变催化剂中Co‑CoOx的比例，得到的催化剂的比表面积大，具有合适的孔径分布，实现金属‑酸双功能催化，催化5‑羟甲基糠醛转化为2,5‑二甲基呋喃，反应活性高，选择性高，稳定性好，5‑羟甲基糠醛转化率达100％，2,5‑二甲基呋喃选择性达83.27％。

技术领域：

本发明涉及催化技术领域，具体涉及一种催化5-羟甲基糠醛选择性加氢脱氧制备2,5-二甲基呋喃的催化剂及制备方法。

背景技术：

随着人类对能源的利用率逐渐提高，能源储备量逐渐减少，并且产生了温室效应等一系列问题。人们迫切需要寻找一种能够代替能源的可再生资源。生物质是唯一一类含碳的可再生资源，储量丰富，分布广泛。木质纤维素是其中重要组成部分。5-羟甲基糠醛是一种来自木质纤维素的重要平台化合物。通过选择性加氢脱氧可以产生一系列的化学物质例如：γ-戊内脂，乙酰丙酸，2,5-二甲基呋喃，5-甲基呋喃甲醇，2,5-二甲基四氢呋喃。在这些化学物质中，2,5-二甲基呋喃是溶剂、香料等物质的重要中间体，沸点为92-94℃，辛烷值RON＝109，不溶于水，是一种理想的化石燃料替代品。这些优点使2,5-二甲基呋喃成为新型汽油燃料/添加剂(2,5-二甲基呋喃可与现有汽油以任意比例混合，在汽油中即使掺杂60％也不会对发动机造成任何影响，已于1999年被美国能源部批准为P-系列重要燃料之一。

5-羟甲基糠醛选择性加氢脱氧生成2,5-二甲基呋喃的过程中包括C＝O加氢成相应的醇以及C-O选择性氢解同时保留呋喃环。制备2,5-二甲基呋喃的催化剂体系包括负载的单金属Ru、Pt、Pd、Cu、Ni等和双金属Ni-Pd、Cu-Ru、Pd-Au等以及添加过渡金属助剂的Ir-ReOx、Ru-CoOx、Ni-W2C等，载体主要包括活性炭、SiO₂、ZrO₂和CeO₂等。在这些催化剂中，金属-酸双功能催化剂受到越来越多的关注。过渡金属氧化物在氢气氛下易形成L酸，有利于吸附活化5-羟甲基糠醛分子中的醇羟基和醛基，在金属中心的加氢作用下，选择性断裂C-O键，获得较高的2,5-二甲基呋喃选择性。目前所使用的金属-酸双功能催化剂一般是将贵金属/非贵金属负载在其他金属氧化物上，例如Ru/ZrO₂,Ni/Al₂O₃,Ni/Co₃O₄等。

发明内容：

本发明的目的是提供一种催化5-羟甲基糠醛选择性加氢脱氧制备2,5-二甲基呋喃的催化剂，该催化剂为基于同一氧化物的金属-酸双功能催化剂，实现金属-酸双功能催化，催化5-羟甲基糠醛转化为2,5-二甲基呋喃，反应活性高，选择性高。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种催化5-羟甲基糠醛选择性加氢脱氧制备2,5-二甲基呋喃的催化剂，该催化剂结构式为Co-CoOx，选自CoO、Co₂O₃、Co₃O₄中的一种或者一种以上的混合物；该催化剂基于同一氧化物实现金属-酸双功能催化，Co单质作为活性金属，CoOx作为酸位点，该催化剂通过NaOH与Co(NO₃)₂共沉淀制备，制备方法包括以下步骤：

1)：Co(NO₃)₂溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，逐滴滴入NaOH溶液，在120-140℃中反应，反应完后溶液冷却至室温，过滤，用去离子水和乙醇洗涤，放入100℃烘箱中干燥后研磨，在400-550℃马弗炉中煅烧3-5h，得到前驱体Co₃O₄；