[发明专利]一种活性炭负载型钌催化剂及其制备与应用

说明书

本发明涉及活性炭负载型钌催化剂，及其制备方法和其在糖催化加氢制备糖醇中的应用。本发明通过简单的浸渍还原法将金属钌负载到活性炭上，制备了高分散度的负载型钌炭(Ru/C)催化剂。进一步将Ru/C催化剂应用于木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、麦芽糖等系列糖的加氢过程，高效制备木糖醇、阿拉伯糖醇、山梨醇、甘露醇、麦芽糖醇。此催化剂在一定的反应条件下能够实现系列糖的高转化率和糖醇的高选择性，并且催化剂的稳定性好，利于回收，循环使用次数高。总之，本发明的催化剂制备工艺简单、生产成本低、催化活性高，适用于多种糖醇的制备，通用性好，利于推广。

(一)技术领域

本发明涉及一种活性炭负载型钌催化剂，及其制备方法和其在糖催化加氢制备糖醇中的应用。

(二)背景技术

糖醇是指糖类的醛、酮羰基被还原为羟基后生成的多元醇。糖醇的甜度适中，热值低，是绿色健康的新型甜味剂；一般不影响胰岛素分泌，不会引起血糖的波动，并具有护肝降脂的作用，可用作糖尿病等的辅助治疗剂与特殊营养剂；另外，糖醇吸湿性较好，对肌肤无刺激，可作为水分调整剂，在化妆品中有广泛应用。

除赤藓糖醇外，主要的糖醇均是在高温、高压条件下，利用金属催化剂氢化相应糖而制得。糖的加氢过程使用较多的金属催化剂为雷尼镍，然而雷尼镍催化剂在使用时，存在表面金属镍容易烧结、对溶液的酸碱度敏感、催化活性较低、反应条件苛刻等缺点。因此，在糖醇生产过程中，开发催化活性高、性能稳定、绿色环保、应用广泛的新型催化剂取代传统雷尼镍催化剂有着十分重要的意义。

专利CN101591222B公开了Ni-过渡金属负载催化剂的制备及葡萄糖加氢生产山梨醇的方法，山梨醇产率>98％。但此发明的催化剂制备过程需要在2.0-8.0MPa氢气压力和300-500℃温度下进行，能耗、生产成本高，且该催化剂仅适用于山梨醇的制备，对其他通用性尚不明确。

专利CN104107691A公布了一种用于葡萄糖加氢制备山梨醇的新型Ru/CNTs催化剂及其制备和使用方法。即以碳纳米管(CNTs)为载体，在搅拌和超声的强混合条件下，通过液相还原法制得Ru/CNTs催化剂。但该方法所用的碳纳米管载体成本较高。专利CN105859522A公开了一种通用型贵金属催化剂催化葡萄糖、果糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖还原制备系列糖醇的工艺，反应以甲酸盐为氢供体绿色环保，但催化剂选择性不理想，糖醇产率低在44-83％之间。综上所述，当前糖醇制备工艺存在着催化剂选择性与通用性差，催化系列糖醇制备的产率较低的问题。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种制备过程简单、高效，催化活性高、稳定性好，利于回收的活性炭负载型钌催化剂，及其制备方法和其在糖催化加氢制备糖醇中的应用。

本发明采用的技术方案是：

一种活性炭负载型钌催化剂，由如下方法制备获得：

(1)将活性炭在质量浓度10～40％的硝酸溶液中90～100℃恒温回流1～5h，反应完成后过滤，用蒸馏水洗涤至滤液呈中性，在60～70℃真空条件下烘干，得到预处理后的活性炭载体；

(2)将预处理后的活性炭载体加入超纯水中，加入三氯化钌和乙二醇，升温至70～80℃下连续磁力搅拌12～18h后，反应液热过滤，蒸馏水洗涤至中性，真空干燥，获得所述活性炭负载型钌催化剂，即Ru/C催化剂。

步骤(2)中活性炭、三氯化钌、超纯水、乙二醇用量之比为1g：0.1～0.2g：80～100mL：15～25mL。

本发明还涉及制备所述活性炭负载型钌催化剂的方法，所述方法包括：

(1)将活性炭在质量浓度10～40％的硝酸溶液中90～100℃恒温回流1～5h，反应完成后过滤，用蒸馏水洗涤至滤液呈中性，在60～70℃真空条件下烘干，得到预处理后的活性炭载体；