[发明专利]固体酸催化剂一锅多步催化生物质衍生糠醛转化为γ-戊内酯的制备方法

说明书

本发明公开一种新型固体酸催化剂一锅多步催化生物质衍生糠醛转化为γ‑戊内酯的制备方法，包括如下步骤：将0.3g‑0.7g硝酸锆生成的前驱物与蒸馏水均匀混合；将ZSM‑5载体加入上一步配置的溶液中；加入6g‑10g尿素用于调节PH；将混合溶液加热至95℃并剧烈搅拌5小时；将溶液过滤，用蒸馏水洗涤，然后在90℃下干燥14小时；在烘箱中以550℃条件煅烧4小时；反应前向反应釜中通入氮气，用以排出釜内的空气，使反应环境保持在氮气氛围下；将异丙醇和水混合组成的20mL溶液加入不锈钢高压反应釜中，加入糠醛，固体酸催化剂和磁力搅拌转子，设置实验条件进行反应；反应完成后，将反应器置于冷水中以迅速冷却至室温，将催化剂回收。

技术领域

本发明属于酸催化剂制备领域，涉及新型多功能固体酸催化剂HZSM-5-ZrO₂，特别是催化糠醛催化转化为γ-戊内酯的制备方法。

背景技术

大规模利用化石资源极大地促进了人类社会和经济的发展，同时也引发了许多不可避免的衍生问题，包括全球变暖，空气污染和能源短缺，以改善环境恶化污染和全球能源危机，研究人员近年来逐渐寻求开发新的绿色可再生资源利用策略。作为一种天然清洁的可再生能源，具有广泛的来源，丰富的储备和低廉的价格，生物质能可以转化为各种重要的高附加值燃料和化学品，具有巨大的潜力取代传统的化石能源，对更有效的生物质资源利用方法的探索正引起学术界和工业界的广泛关注。γ-戊内酯因其优异的物理性质而备受研究人员的关注。γ-戊内酯的基本性质主要包括高沸点，高闪点，低熔点，低毒性等。γ-戊内酯可参与多种反应，广泛应用于燃料添加剂，医药中间体，高级烯烃燃料，绿色再生溶剂，尼龙中间体等的生产中。糠醛制备γ-戊内酯的反应涉及到两个水解反应和一个加氢反应。目前由生物质平台化合物糠醛制备γ-戊内酯，供氢体多使用氢气，催化剂多使用液体酸、复合催化剂、引入贵金属等，导致安全性差、催化剂难回收、制造成本高等问题。本发明使用分子筛ZSM-5负载ZrO₂,制备一种单一双功能固体酸催化剂，用于糠醛催化转化为γ-戊内酯的反应中。

发明内容

为了解决现有催化剂的问题。本发明着重于一种新型单一双功能固体酸催化剂，使用分子筛负载非贵金属氧化物ZrO₂，使用共沉淀法合成催化剂，烘干备用的催化剂呈现白色粉末状。

本发明采用如下技术方案，新型固体酸催化剂一锅多步催化生物质衍生糠醛转化为γ-戊内酯的制备方法，包括如下步骤：

1)将0.3g-0.7g硝酸锆生成的前驱物与蒸馏水均匀混合；

2)将ZSM-5载体加入上一步配置的溶液中；

3)加入6g-10g尿素用于调节PH；

4)将混合溶液加热至95℃并剧烈搅拌5小时；

5)将溶液过滤，用蒸馏水洗涤，然后在90℃下干燥14小时；

6)在烘箱中以550℃条件煅烧4小时；

7)反应前向反应釜中通入氮气，用以排出釜内的空气，使反应环境保持在氮气氛围下；

8)将异丙醇和水混合组成的20mL溶液加入不锈钢高压反应釜中，加入糠醛，固体酸催化剂和磁力搅拌转子，设置实验条件进行反应；

9)反应完成后，将反应器置于冷水中以迅速冷却至室温，将催化剂回收，得到含有γ-戊内酯的溶液。

所述步骤2)中硅铝比为27。

所述步骤3)中尿素与ZSM-5分子筛质量比例为5-10g分子筛:1g尿素,PH的调节是通过尿素加热分解形成氨水，从而控制Ph在9-11.6之间。

所述步骤2)中硝酸锆生成的含有等摩尔Zr离子的前驱物。

所述步骤8)中异丙醇与水以任意比例互溶。