[发明专利]一步法催化果糖转化为2,5-二甲基呋喃的酸性固体催化剂

说明书

本发明涉及一种用于一步法催化果糖转化为2,5‑二甲基呋喃的酸性固体催化剂及其制备方法与应用。该催化剂由负载有金属纳米颗粒的酸性多孔聚合物构成，所述多孔聚合物为多功能聚合物，具有不同浸润性和酸性，可在较温和的条件下锚定金属钌、铂、铑、钯、镍、钴。将该催化剂用于一步催化转化果糖为2,5‑二甲基呋喃，催化活性优异、选择性高、稳定性强，为生物基转化为高附加值化学品提供了新的思路与方法。

技术领域

本发明属于生物基化学品领域，涉及一种用于一步法催化果糖转化为2,5-二甲基呋喃的酸性固体催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

2,5-二甲基呋喃，英文名称为Dimethylfuran。美国能源中心计划在2022年会年产360亿加仑二代生物燃料，其中，160亿加仑将从纤维素中获得，那么从木质素中获得的乙醇无疑是满足该要求较为可靠的选择之一。而与2,5-二甲基呋喃相比，乙醇的O/C比较高，能量密度较低，且完全与水互溶；此外，在用生物质得到的乙醇需经过高能耗的分离、蒸馏后才可以得到纯度及较高的乙醇，这大大提升了将乙醇作为汽油添加剂的成本，从而严重限制了乙醇作为二代生物燃料代替石化燃料；与乙醇相比，2,5-二甲基呋喃的能量密度较高，辛烷值为119，且具有较低的氧/碳含量和较低的沸点；同时，2,5-二甲基呋喃与水不溶，其具有高稳定性、高能量密度以及与水不溶的性质；这使得越来越多的燃料研究面向2,5-二甲基呋喃。除此之外，2,5-二甲基呋喃也可以与乙烯发生加成反应生成对二甲苯，其可进一步地用于生产聚酯薄片、聚酯中空容器和我国第一大合成纤维涤纶纤维。也可用于生产涂料、染料和农药等。因此，无论是将2,5-二甲基呋喃用于燃油添加剂，还是作为对二甲苯的前驱体，2,5-二甲基呋喃都值得更加深入的研究与应用。

在生物质上生产2,5-二甲基呋喃主要由5-羟甲基糠醛(HMF)通过氢解来制备。现今，无论是在贵金属催化剂，例如：PtCo/C、Pd-GVL/C上，还是在非贵金属催化剂，例如：/NGr/α-Al₂O₃、CuNi/C上，2,5-二甲基呋喃的选择均可达到95％以上，此外，5-羟甲基糠醛的来源亦可由糖脱水得到，2014年，瑞士AVA公司已实现年产20吨的规模。因此，从理论上，由生物质生产2,5-二甲基呋喃是一条绿色、环保、能耗低、污染低的新兴工艺路线。

但是，由于HMF需经过糖类化合物通过脱水反应后，再分离、纯化得到，其极高的沸点，导致高额的分离成本，这成为限制这一工艺路线的重要因素。因此，如何理性设计新工艺，实现对多步催化反应过程的串联，在避免HMF高分离成本的同时，提高对产物2,5-二甲基呋喃的收率，是目前所面临的主要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于一步法催化果糖转化为2,5-二甲基呋喃的酸性固体催化剂及其制备方法与应用。该催化剂由负载有金属纳米颗粒的酸性多孔聚合物构成，所述多孔聚合物为多功能聚合物，具有不同浸润性和酸性，可在较温和的条件下锚定金属钌、铂、铑、钯、镍、钴。将该催化剂用于一步催化转化果糖为2,5-二甲基呋喃，催化活性优异、选择性高、稳定性强，为生物基转化为高附加值化学品提供了新的思路与方法。

本发明第一方面提供了一种用于一步法催化果糖转化为2,5-二甲基呋喃的酸性固体催化剂，其由负载有金属纳米颗粒的酸性多孔聚合物构成。

在本发明的一些实施例中，所述固体催化剂的浸润性为0°-160°，优选为140°-155°。

在本发明的一些实施例中，所述固体催化剂中B酸含量为0-1.0mmol/g，优选为0.15-0.7mmol/g。

本发明中，所述催化剂具有介孔结构。

本发明中，所述金属包括钌、铂、铑、钯、镍和钴中的一种或多种；优选为钌、钯、铂和镍中的一种或多种。

本发明第二方面提供了一种如本发明第一方面所述的固体催化剂的制备方法，其包括：