[发明专利]一种离子热法合成的铜掺杂磷酸铝分子筛催化剂在合成5-羟甲基糠醛中的应用

说明书

本发明公开了一种离子热法合成的铜掺杂磷酸铝分子筛催化剂在催化果糖脱水制备5‑羟甲基糠醛反应中的应用。所述铜掺杂磷酸铝分子筛经离子热法合成，晶化时间短，分子筛产率高，具有适宜铜掺杂量的磷酸铝分子筛可高效催化果糖脱水制5‑羟甲基糠醛，获得99％的5‑羟甲基糠醛收率。催化剂可循环使用，性能稳定，具有较好的产业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种离子热法合成的铜掺杂磷酸铝分子筛催化剂在催化果糖脱水制备5-羟甲基糠醛反应中的应用，属于化学化工领域。

背景技术

5-羟甲基糠醛(5-HMF)是一种重要的生物基平台化合物，也是合成多种精细化学品和呋喃基聚合物的重要中间体，被认为是碳水化合物化学和工业矿物油有机化学之间的桥梁。目前，5-HMF主要是在酸性条件下由糖类(果糖、葡萄糖和纤维素等碳水化合物)选择性脱水而得，其中以果糖为原料来生产5-HMF的难度较小且易获得较高的收率。相比于均相催化剂，以分子筛为代表的固体酸催化剂具有易分离、可循环利用、低腐蚀性、高水热稳定性等优点，使其在工业上具有广泛的应用前景。文献【Catalysis Today 24，165-171(1995)】报道了ZSM-5、HY、Beta和Mordenite分子筛催化果糖脱水制5-HMF反应的性能，发现具有十二元环孔道且不含有笼结构的Mordenite分子筛表现出了较好的性能，5-HMF的产率到了69％。文献【Applied Catalysis A:General 145，211-224(1996)】考察了硅铝比对Mordenite分子筛催化性能的影响，结果表明，Si/Al为11的Mordenite分子筛具有较好的5-HMF选择性，在165℃下反应90min，果糖的转化率达到了87％，5-HMF的选择性为74％。迄今为止，尽管研究者对分子筛催化剂的酸性、物料配比、反应温度等因素进行了优化，但5-HMF产率普遍不高(＜80％)。大量副产物的存在不仅提高了产品的分离难度，也降低了催化剂的稳定性，极大地限制了该工艺的产业化应用。

因此，开发一种可高效催化果糖脱水制5-羟甲基糠醛的分子筛催化剂，来获得高的5-羟甲基糠醛产率并具有优异的稳定性是十分有意义的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种果糖脱水制备5-羟甲基糠醛的方法，采用离子热法合成的铜掺杂磷酸铝分子筛为催化剂，该催化剂具有高的果糖转化活性、高的5-羟甲基糠醛产率和优异的稳定性，提高了果糖脱水制5-羟甲基糠醛反应工艺的经济性。所述果糖脱水制备5-羟甲基糠醛的方法步骤简单，所得产品纯度高、收率高，适合大规模工业化生产。

所述果糖脱水制备5-羟甲基糠醛的方法，其特征在于，采用含有铜掺杂磷酸铝分子筛的催化剂，以含有果糖的原料制备5-羟甲基糠醛。

所述含有铜掺杂磷酸铝分子筛的催化剂包含铜掺杂磷酸铝分子筛和粘结剂，其中铜掺杂磷酸铝分子筛的重量百分含量为50wt％～100wt％。

作为一种具体的实施方式，所述含有铜掺杂磷酸铝分子筛的催化剂由铜掺杂磷酸铝分子筛组成。

作为一种具体的实施方式，所述含有铜掺杂磷酸铝分子筛的催化剂粒径为80～100目。

优选地，所述铜掺杂磷酸铝分子筛的结构类型为AFI型。

进一步优选地，所述铜掺杂磷酸铝分子筛的孔径为

更进一步优选地，所述铜掺杂磷酸铝分子筛为CuAlPO-5分子筛。

优选地，所述铜掺杂磷酸铝分子筛中铜元素与Al₂O₃的摩尔比为：

0＜Cu/Al₂O₃≤0.4。此处涉及的数值范围包括范围内的任意两点之间的数值范围，例如0～0.1，0.1～0.2，0.2～0.4。