[发明专利]一种制备果糖的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种制备果糖的催化剂及其制备方法和应用，采用水热处理制得改性Al‑TUD‑1/Y复合粒子，在该复合粒子上负载一定量Sn，得到Sn/Al‑TUD‑1/Y催化剂。本发明还提供了一种果糖制备方法，采用Sn/Al‑TUD‑1/Y催化剂制备果糖，对反应过程中生成的有色杂质具有良好的脱除效果，且具有果糖收率高、催化剂易分离回收和可重复利用等特点。

技术领域

本发明属于果糖制备领域，具体涉及一种制备果糖的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

果糖作为葡萄糖的同分异构体，是所有天然糖类中甜度最高和反应活性最高的单糖，被广泛运用于食品饮料和生物化学品制造行业，但自然界中果糖的含量较少，其价格较为昂贵，所以，以廉价的葡萄糖异构化制备果糖的前景十分广阔。

目前工业上果糖的生产是采用葡萄糖作为原料，在生物酶作用下异构化制备果糖。但生物酶在反应过程中的稳定性对糖转化效率影响显著，需在一定的酸性环境下这些生物酶才能得以存活，对反应关键参数的控制极为严格，同时这些生物酶的生产成本非常高，使得果糖在其合成工艺上受到一定程度的限制。为解决生物酶法制取果糖工艺中存在的技术问题，葡萄糖化学催化异构制果糖技术成为近年来的研究热点。

专利CN106336437A公开了一种在酸催化剂和低碳醇的存在下，将葡萄糖在高压密闭环境中进行异构化制果糖的方法，其中，酸催化剂选自钨盐、铝盐、铬盐、磷钨酸和硅钨酸中的一种或多种。该方法条件温和、工序简单且转化效率高，果糖收率为21-39%。但存在着催化剂的分离回收及设备的腐蚀等问题，而且在化学催化过程中焦糖化反应的有色杂质不能得到有效脱除。

专利CN106563495A公开了一种葡萄糖异构化分子筛催化剂及其制备方法。该制备方法如下：（1）将制备好的Al-Beta沸石用酸进行脱铝处理，得到高硅沸石；（2）将高硅沸石、锡源溶解于有机碱中，形成无定形溶胶，经过第一次水热晶化形成Sn-Beta初晶；（3）Sn-Beta初晶在介孔模板剂的辅助下，经过第二次水热晶化，冷却，洗涤干燥，焙烧，得到所述葡萄糖异构化分子筛催化剂。制得的葡萄糖异构化分子筛催化剂用于葡萄糖的异构化反应，葡萄糖的转化率为43.4%～62.4%，果糖得率为22.3%～47.6%。该方法中Beta沸石需要脱铝以得到高硅沸石，制备过程较为复杂，且在化学催化过程中生成的有色杂质影响产物质量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种制备果糖的催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的Sn/Al-TUD-1/Y催化剂用于制备果糖，具有果糖收率高、催化剂易分离回收和可重复利用等特点，特别对反应过程中生成的有色杂质具有良好的脱除效果。

本发明提供的用于制备果糖的催化剂的制备方法，包括以下内容：

（1）将制备Al-TUD-1的铝源、硅源和模板剂加入溶剂中配制成催化剂母液，然后添加Y型分子筛，搅拌陈化后进行水热处理，产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后，得到Al-TUD-1/Y复合粒子；

（2）将步骤（1）得到的Al-TUD-1/Y复合粒子加入到Sn前驱体溶液中进行反应，反应后进行过滤、洗涤、干燥、焙烧，得到Sn/Al-TUD-1/Y催化剂。

本发明中，步骤（1）中所述的铝源为异丙醇铝、硝酸铝和氯化铝等中的至少一种，优选异丙醇铝。硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯等中的至少一种，优选正硅酸乙酯。模板剂为二甘醇、三甘醇和四甘醇等中的至少一种，优选四甘醇。所述的溶剂为异丙醇、乙醇和水的混合液或者异丙醇、甲醇和水的混合液，优选异丙醇、乙醇和水的混合液，三者的摩尔比为（2-3）:（3-4）:1。各组分的摩尔比为铝源:硅源:模板剂:异丙醇:乙醇/甲醇:水=（0.05-0.3）:1:（1-1.5）:（5-10）:（5-15）:（1-5）。