[发明专利]一种催化剂及其制备方法、应用

说明书

本发明提供一种催化剂的制备方法，包括以下步骤：将磷酸锶煅烧得到焦磷酸锶载体；将焦磷酸锶载体浸渍在磷酸4h后抽滤、洗涤干燥后得到磷酸修饰的焦磷酸锶载体；将所述磷酸修饰的焦磷酸锶载体与Cs⁺混合并焙烧后，即得到本发明催化剂。本发明所述磷酸浸渍焦磷酸锶负载型铯催化剂制备简单，绿色环保，成本低廉，催化活性高，且提高了对乳酸缩合反应制备2,3‑戊二酮催化性能，有着很高的商业化开发价值。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种催化剂及其制备方法、应用。

背景技术

2,3-戊二酮是一种用途非常广泛的高价值精细化学品。制备2,3-戊二酮的经典方法主要有2种：一是从芬兰松等精油中提取，但是原料来源有限，生产成本高且产率低。二是在盐酸羟胺存在和用氮气保护的条件下，用过量的亚硝酸钠和稀盐酸氧化甲基丙基酮来制备，该工艺以石油基产品为原料，成本较高，生产过程存在废酸产量大等环保问题。随着石油资源的不断紧张和环保政策的日趋严格，开发以可再生的生物基原料替代化石原料生产化学品受到广泛关注。乳酸系典型的生物质的衍生物，用其作为原料生产2,3-戊二酮为一条清洁的生产工艺路线。

通过归纳整理目前乳酸合成的文献，发现乳酸合成主要有微生物酶催化和化学催化法两种。其制备乳酸的原料有玉米淀粉，树叶、植物秸秆等中的纤维素、半纤维素，生物柴油的副产物甘油。正因为制备乳酸的原料价廉、来源广泛，再加上合成乳酸方法中的发酵法技术成熟，因此，乳酸的价格比较便宜。如何提升乳酸的价值，乳酸的精深加工是目前的较好选择，即乳酸缩合反应制备2,3-戊二酮的催化剂开发及工艺。

乳酸缩合反应制备2,3-戊二酮虽有少量文献报道，但所用催化剂的活性不高，并且大多数缺少催化稳定性考察。究其原因所设计的催化剂更多的突出催化剂的碱性(匹配缩合过程的脱羧反应)，忽略了催化剂的酸性(匹配缩合过程的脱水反应)。因此，所设计的催化剂的酸碱性质与催化乳酸缩合过程所需的酸碱位不匹配，其结果导致催化剂的性能较差。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种针对乳酸缩合反应的特点，即酸碱协同催化作用，提供一种用磷酸浸渍焦磷酸锶负载型铯催化剂，由于焦磷酸锶表面微弱的酸性位有助于脱水反应，所引入的铯物种的碱性有助于脱羧反应，为了使制备出来的催化剂的酸碱性质与催化乳酸缩合过程所需的酸碱位匹配，因此用一定质量浓度的磷酸对焦磷酸锶进行浸渍处理后增加焦磷酸锶表面的酸性位，因此，所构建的用磷酸浸渍后的焦磷酸锶负载型铯催化剂在乳酸缩合制备2,3-戊二酮反应中展示了良好的催化性能。

一种催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将磷酸锶煅烧得到焦磷酸锶载体；

步骤2：将焦磷酸锶载体浸渍在磷酸4h后抽滤、洗涤干燥后得到磷酸修饰的焦磷酸锶载体；

步骤3：将所述磷酸修饰的焦磷酸锶载体与Cs⁺混合并焙烧后，即得到本发明催化剂。

进一步地，如上所述的催化剂的制备方法，步骤2中所述磷酸的质量浓度为0.05％-2％。

进一步地，如上所述的催化剂的制备方法，步骤3中所述焦磷酸锶中Sr²⁺与所述Cs⁺的摩尔质量比为：2.5:(0.5-2)。

进一步地，如上所述的催化剂的制备方法，步骤3包括：将所述磷酸修饰的焦磷酸锶载体与Cs⁺在蒸馏水中超声，然后蒸发去水分后再进行焙烧。

进一步地，如上所述的催化剂的制备方法，步骤3中焙烧的条件为450-800℃条件下焙烧3h。

进一步地，如上所述的催化剂的制备方法，所述磷酸锶的制备包括：将硝酸锶与磷酸氢二铵搅拌反应2h后抽滤、洗涤、干燥后得到。

一种如上任一所述方法制备得到的催化剂。