[发明专利]一种负载型双功能催化剂、其制备方法和应用

说明书

本申请提供了一种负载型双功能催化剂，所述负载型双功能催化剂包括：分子筛载体、负载在所述分子筛载体上的组分A和组分B，所述催化剂的化学组成通式为A‑B/Beta；其中，所述组分A包括过渡金属元素，为加氢活性中心，所述组分B包括碱金属元素或碱土金属，所述分子筛载体包括Beta分子筛。本申请还提供了负载型双功能催化剂的制备方法和应用。该负载型双功能催化剂可用于固定床催化5‑羟甲基糠醛(HMF)一步法加氢醚化制备2,5‑呋喃二甲醇二乙基醚(BEMF)反应，具有较高的加氢活性和酸催化性能，HMF转化率和目标产物收率分别可达到99％和75％以上。

技术领域

本申请涉及一种负载型双功能催化剂、其制备方法及在催化5-羟甲基糠醛一步法制备2,5-呋喃二甲醇二乙基醚中的应用，属于化学领域。

背景技术

2,5-呋喃二甲醇二烷基醚(BEMF)具有高的能量密度、高的分子稳定性以及良好的燃油混合性，是一种潜在的新型清洁生物基燃料添加剂。目前，文献中较多的采用两步法制备BEMF，即先由HMF催化加氢制备成2,5-呋喃二甲醇(BHMF)，后者进一步与乙醇醚化反应而得。一步法工艺可以避免中间产物的分离和提纯，具有操作简单、生产成本低、节能减耗等优势。然而，现有文献报道的一步法多是采用釜式反应器，同时或分批加入加氢催化剂和固体酸催化剂(分子筛和Amberlyst-15)来进行BEMF的制备，且普遍存在目标产物产率低、催化剂难分离、生产效率低等问题。文献【Synlett,28,2299-2302(2017)】报道了HMF在乙醇溶液中发生一锅法还原醚化反应，先加入Ru(OH)_x/ZrO₂将HMF加氢为BHMF，分离出催化剂后再加入Amberlyst-15催化BHMF与乙醇醚化，BEMF的最高产率为70％。文献【Green Chem.,14,1626-1634(2012)】报道了同时加入PtSn/Al₂O₃和Amberlyst-15两种催化剂，采用一锅法制备BEMF，其最高产率仅为59％。采用固定床反应器和双功能催化剂可以大幅缩短生产时间，且操作简单，更有利于实现连续化生产，但较短的反应接触时间也对催化剂的性能有着更高要求。至今为止，尚鲜有双功能催化剂在固定床反应器中催化HMF一步法制备BEMF的应用报道。

因此，开发一种可应用于固定床催化5-羟甲基糠醛一步加氢醚化制备2,5-呋喃二甲醇二乙基醚的双功能催化剂，实现高的2,5-呋喃二甲醇二乙基醚产率是十分有意义的。

发明内容

根据本申请的第一方面，提供了一种负载型双功能催化剂，该负载型双功能催化剂兼具加氢和酸催化功能，具有高的催化活性、产物选择性和稳定性，在催化剂领域具有很高的实用性和工业化前景。

所述负载型双功能催化剂，包括：分子筛载体、负载在所述分子筛载体上的组分A和组分B，所述负载型双功能催化剂的化学组成通式为A-B/Beta；其中，所述组分A包括过渡金属元素，为加氢活性中心，所述组分B包括碱金属元素或碱土金属元素，所述分子筛载体包括Beta分子筛。

可选地，所述组分A包括Cu、Ni元素中的至少一种；所述组分B包括Na、Mg、K、Ca、Cs、Ba元素中的至少一种。

可选地，所述组分A在所述分子筛载体上的负载量为1.0～10.0wt.％；所述组分B在所述分子筛载体上的负载量为0.5～9.0wt.％。

可选地，所述组分A在所述分子筛载体上的负载量的上限为2.0wt.％、3.0wt.％、4.0wt.％、5.0wt.％、6.0wt.％、7.0wt.％、8.0wt.％、9.0wt.％、10.0wt.％。

可选地，所述组分A在所述分子筛载体上的负载量的下限为1.0wt.％、2.0wt.％、3.0wt.％、4.0wt.％、5.0wt.％、6.0wt.％、7.0wt.％、8.0wt.％、9.0wt.％。