[发明专利]来源于硅酸镍的木糖加氢生产木糖醇催化剂及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种来源于硅酸镍的木糖加氢生产木糖醇催化剂及其制备方法和应用。其中，催化剂由金属Ni组分和载体组成。其中，金属镍以层状硅酸镍形式存在。其中，载体为SiO₂、HMS、MCM‑41、SBA‑15、ZSM‑5或氧化硅气溶胶等含氧化硅类无机载体。其中，催化剂通过均匀沉积沉淀法制备，具体包括氨蒸发诱导沉积沉淀法，尿素分解诱导的沉积沉淀法和碳酸盐作为沉淀剂的沉积沉淀法。其中，碳酸盐包括碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾。采用本发明的催化剂催化木糖加氢生产木糖醇反应，具有高的木糖转化活性和高的木糖醇选择性，催化剂制备方法简单便捷，对原料储存及催化剂制备所需设备要求低，易于大规模放大应用，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种来源于硅酸镍的木糖加氢生产木糖醇催化剂及其制备方法，属于生物质转化及催化技术领域。

背景技术

日趋严重的能源供需矛盾和日益严苛的环保要求促进了可再生生物质资源转化利用的研究。中国是世界上最大的农业生产国，但是对于农林废弃物的高值化利用却十分有限。木糖是一种来源于农林废弃物等木质生物质的含碳化学品。木糖经加氢反应可以制备高附加值的木糖醇。木糖醇是一种健康的甜味剂，其甜度和蔗糖相当，但热量仅为蔗糖的三分之一，且木糖醇的代谢不需要胰岛素。因此，木糖被广泛用于食品和口香糖等食品工业。此外，木糖醇被用于牙科及药物领域。因此，木糖加氢制木糖醇高效催化剂的开发对于推动木糖及木糖醇产业发展具有重要意义。

木糖加氢制木糖醇主要在气固液三相高压反应器中进行，所用催化剂有贵金属催化剂和过渡金属催化剂。贵金属催化剂虽具有较高的木糖转化活性及木糖醇选择性，但价格较高，不适于大规模工业应用。过渡金属为主活性组分的雷尼镍是目前工业应用的催化剂体系，但雷尼镍催化剂的制备过程带来较大的环境污染，且雷尼镍催化剂存在失活快和少量副产物生成的问题。因此，雷尼镍替代催化剂的开发是木糖加氢制木糖醇的主要发展方向。

专利CN 108821940公开了水稻秸秆高效转化木糖醇的方法，其中采用NaBH₄还原木糖制木糖醇，该体系需要使用大量的强碱性溶液，存在环境污染问题。Gina Pecchi(RSCAdv.,2016,6,67817；Mole.Catal.,2017,436,182；Catal.Today,2018,310,59)报道了一类以钙钛矿盐为前驱体的镍基木糖加氢制木糖醇催化剂体系，催化剂的反应活性较高，一定程度上抑制了镍物种在三相反应体系中的流失，但是催化剂组成复杂且木糖醇选择性偏低，不超过60％，为后续产物分离提纯带来很大的问题。

综上，开发兼具高活性及高选择性的木糖加氢制木糖醇负载型过渡金属催化剂体系仍是木糖加氢领域的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于木糖加氢生产木糖醇的催化剂及其制备方法，所述催化剂及其制备方法可以实现以下中的一项或者多项：(1)提高催化剂活性，(2)提高催化剂的稳定性，(3)提高木糖醇选择性，(4)抑制金属组分流失，(5)催化剂组成简单，适于大规模生产。

本发明的发明人发现：催化剂组成与反应性能有密切的联系，组成简单的镍催化剂有利于获得高的木糖醇选择性；负载型催化剂由于适当的金属载体相互作用可有效缓解或者避免金属组分流失；以硅酸盐为前驱体的催化剂可同时获得高的金属载量及金属分散度，提供高的木糖转化活性。催化剂组成简单且制备方法简单，使催化剂生产更适宜大规模应用。由此，可以实现上述目的中的一个或多个。

因此，本发明提供一种来源于硅酸镍的木糖加氢生产木糖醇催化剂，其特征在于：所述催化剂由金属Ni组分和载体组成，金属镍以层状硅酸镍形式存在，载体为含氧化硅类无机载体。

在一个优选实施方案中，所述含氧化硅类载体包括但不仅限于：SiO₂、HMS、MCM-41、SBA-15、ZSM-5和氧化硅气溶胶中的一种或或两种以上；所述金属组分Ni占催化剂总质量的5～70％，优选20～50％。