[发明专利]一种MnAl-LDO固体酸及其应用

说明书

本发明公开一种MnAl‑LDO固体酸，其制备成本低，催化活性高，稳定性好，可重复使用，用于五羟甲基糠醛催化氧化合成2,5‑二甲酰基呋喃，当MnAl‑LDO固体酸催化剂、反应原料五羟甲基糠醛、反应溶剂二甲亚砜的质量比为0.63～0.95:1:40～50，反应温度110～130℃，在通氧条件下反应4～6h，产物2,5‑二甲酰基呋喃质量收率达86％。

技术领域

本发明属于生物质能源催化领域，涉及一种MnAl-LDO固体酸及其制备方法与催化氧化五羟甲基糠醛合成2,5-二甲酰基呋喃的应用。

背景技术

生物质资源作为可替换煤、石油等资源用来生产精细化学品的可再生有机碳源，成为开发研究热点，其中木质纤维素具有廉价易得、储量丰富的特点，成为生物质源开发利用最直接的原料来源。木质纤维素中40-50％的组分是纤维素，纤维素是由β-D吡喃型葡萄糖组成，通过β-1,4糖苷键串联在一起，聚合度100-20000，解聚后可得到多分子的葡萄糖。一般来说，葡萄糖可通过脱水、氧化、氢化和细菌发酵等方式得到众多的生物质平台化合物。葡萄糖脱水产物五羟甲基糠醛(5-HMF)被认为是最具有应用前景的生物质转化基础原料之一，五羟甲基糠醛是被美国能源部列出的十二个重要的平台化合物之一，将得到的5-HMF经过氧化、加氢、水解等反应，便能得到很多高附加值精细化学品，如2,5-呋喃二甲酸(FDCA)、2,5-二甲酰基呋喃(2,5-DFF)等，其中FDCA被视为对苯二甲酸的替代品，可用于生产聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)塑料，2,5-DFF可以应用于生产医药，灭菌剂，杂环配体等多种化学品。本发明旨在提供一种制备简单、廉价、且催化性能好的固体酸MnAl-LDO催化剂及其催化氧化5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲酰基呋喃的方法。

发明内容

本发明的目的

本发明旨在提供一种固体酸MnAl-LDO及其催化合成2,5-二甲酰基呋喃的方法。

本发明的技术方案

1.一种MnAl-LDO固体酸，其特征是：

所述的MnAl-LDO固体酸中Mn、Al摩尔比1～4:1，Mn、Al占MnAl-LDO固体酸的质量百分数的20～30％；

所述的MnAl-LDO固体酸为不规则的片状结构，其孔径为5～10nm，孔体积为0.04～0.4cm³/g，比表面积为78～118m²/g；

所述的MnAl-LDO固体酸的前驱体为锰铝类水滑石，是由Mn²⁺和Al³⁺阳离子的羟基层板和CO₃^2-阴离子构成，且层间还存在与层板以羟基或层间阴离子以氢键结合的结晶水，这一特征结构使得Mn²⁺和Al³⁺阳离子均匀分布在规整的羟基层板中，通过400～500℃焙烧除去层间水和层间CO₃^2-阴离子，使活性组分Mn处在高分散状态；在MnAl-LDO的XRD谱中，Al₂O₃以无定形存在，Mn以MnO₂、Mn₃O₄晶型存在，没有出现锰铝尖晶石氧化物，说明在焙烧后MnAl-LDO的结构没有坍塌