[发明专利]一种用于5-羟甲基糠醛选择性加氢反应的铜催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂材料制备领域，公开了一种用于5‑羟甲基糠醛选择性加氢反应的铜催化剂及其制备方法和应用。本发明以水热法合成MOF‑199作为前驱体，然后通过热处理，制备Cu/Cu₂O复合活性铜催化剂。本发明主要通过控制热处理时的气氛种类和含量，定向调控铜催化剂中的Cu₂O含量，进而选择性调控5‑羟甲基糠醛选择性催化剂加氢的产物为2,5‑呋喃二甲醇(DMF)或2,5‑二甲基呋喃(DHMF)，以满足生产需要。本发明操作简单，铜高度均匀分散，在选择性加氢制取DMF和DHMF时，5‑羟甲基糠醛的转化率均能达100％，DMF的选择性高达90％，DHMF的选择性高达85％，催化剂具有高活性，高选择性特点。

技术领域

本发明属于催化剂材料制备领域，特别涉及一种用于5-羟甲基糠醛选择性加氢反应的铜催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，出于对化石能源用尽的担忧，人们开始关注各种可再生能源，其中就包括生物质可再生能源，可由木质素和纤维素制备的5-羟甲基糠醛，简称HMF，是可再生能源生物质资源利用的热点。5-羟甲基糠醛(HMF)，因其重要的平台性，及其大量高附加值的衍生物，而备受科研工作者关注，同时它也被认为是联系生物质与化石能源的关键桥梁。5-羟甲基糠醛的催化加氢的下游产物中，包括有2,5-二甲基呋喃(DMF)、乙酰丙酸乙酯、5-乙氧基甲基糠醛和长链烷烃等高品质的液体燃料。其中，选择性催化加氢得到的重要中间体2,5-呋喃二甲醇(DHMF)和高品质液体燃料2,5-二甲基呋喃最为引人注目，2,5-二甲基呋喃被科研工作者公认为是一种富有发展前景的新型液体生物燃料，与目前常见的生物燃料乙醇相比，DMF具有高能量密度、高辛烷值、不易挥发和易溶于汽油等优点。基于这些优点，使得DMF在液体生物能源领域中受到大量科研工作者的关注，成为能源领域的热点之一。而DMF不仅是重要的医药农药中间体，还可以广泛应用可降解高分子材料的合成，例如树脂，聚合物和人造纤维等。

在对5-羟甲基糠醛的选择性催化加氢中，贵金属催化剂在较低温度较低压力下就可以表现出优异的催化性能，但一般要求贵金属的负载量较高，致使DMF和DHMF的生产成本较高。

铜催化剂作为贵金属催化剂的替代品，因其价格低廉及良好的催化加氢活性，而被众多学者研究。然而铜催化剂仍存在许多问题，如活性低，要求更高的加氢温度和压力，反应成本增加，高温条件下铜颗粒的团聚，铜分散性下降，导致催化剂寿命缩短等。

综上所述，开发一种方法简单，成本低廉且具有高催化活性的非贵金属多相催化剂具有重要的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种用于5-羟甲基糠醛选择性加氢反应的铜催化剂的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的用于5-羟甲基糠醛选择性加氢反应的铜催化剂。该催化剂可以使5-羟甲基糠醛选择性加氢合成2,5-呋喃二甲醇或2,5-二甲基呋喃。

本发明的再一目的在于提供上述用于5-羟甲基糠醛选择性加氢反应的铜催化剂在5-羟甲基糠醛选择性加氢制备2,5-呋喃二甲醇或2,5-二甲基呋喃中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种用于5-羟甲基糠醛选择性加氢反应的铜催化剂的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将三水硝酸铜和均苯三甲酸分别溶于溶剂中得到硝酸铜溶液和均苯三甲酸溶液，再将硝酸铜溶液加入均苯三甲酸溶液中，混合均匀后得到混合液，然后将混合液经水热反应后得到反应液，再将反应液过滤后取沉淀物干燥得到前驱体MOF-199；

(2)将步骤(1)得到的前驱体MOF-199在气体保护下进行焙烧，将焙烧后的固体粉碎得到固体粉末，即为用于5-羟甲基糠醛选择性加氢的铜催化剂；

或者，在步骤(2)之后还包括一个步骤(3)，具体如下：