[发明专利]用于合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯的催化剂制备方法及其应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，公开了一种用于合成2,2,4‑三甲基‑1,3‑戊二醇双异丁酸酯的催化剂制备方法及其应用，本发明使用Y型分子筛作为载体并进行金属改性，使金属分布均匀，再将其和硅源、铝源以及碱溶液混合，以炭黑为惰性基质，通过空间合成法制备了改性Y型分子筛负载金属催化剂，催化剂有良好的结构，具有较好的表面分布状态。用于合成2,2,4‑三甲基‑1,3‑戊二醇双异丁酸酯(TXIB)酯化反应中，不仅能显著提高TXIB的收率，而且能显著改善催化剂活性稳定性和多孔结构。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，特别涉及一种用于制备2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯酯化反应改性Y型分筛负载金属催化剂的及制备方法。

背景技术

酸催化在化学反应中有着重要应用，酯化反应是典型的酸催化反应，催化剂是影响反应的重要因素。在酯化反应的传统工艺中通常使用浓硫酸作为催化剂，但是会有很多不足，排放酸性废水，造成环境污染，酸耗大，易腐蚀设备。固体酸可以很好的替代液体酸，使用固体酸作为催化剂，酸强度高、选择型好易分离，无设备腐蚀，环境相对友好。但是固体酸催化剂仍存在不足，酸中心密度小、活性低、比表面积小、热稳定性差。专利CN103191782A中将硅钨酸、磷钨酸负载在分子筛上，用于催化酯化反应中，在各种酯化反应中，其收率均可达到80％以上。2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯(TXIB)是一种小分子多元醇结构的增塑剂，具有增塑效果好、安全无毒、环保等优点。其中有2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯和异丁酸经酯化反应合成TXIB的方法，但是该方法使用的原料2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯比较昂贵，使生产成本增加。

以青叶噁烷和异丁酸为原料合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸，是本领域常见的合成路线。其中，在专利CN104341304A中采用的是将青叶噁烷和异丁酸为原料在催化剂的作用下，经过催化裂化和酯化反应，合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯，其中以硫酸、对甲苯磺酸、对甲苯磺酸铜或固载杂多酸等为催化剂，不仅存在环境污染、损坏设备等问题，而且其收率仅能达到60％多，难以满足生产要求，且目前现有反应中，较好效果的催化剂也仅能达到80％左右转化率，难以进一步提高，且活性稳定低，经多次循环使用后，催化效果明显降低。

沸石是结晶多孔固体，有规则而均匀的孔道结构和较高的表面积，具有较好的热稳定性和高酸强度。随着精细化工的发展，多相催化剂逐渐取代均相催化剂，意味着需要新多孔的催化材料。但是沸石是微孔结构，其大分子并不能通过，对反应速率加以限制。所以，如何得到一种新催化剂，不仅能满足绿色环保的要求，而且还能显著提高青叶噁烷合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯(TXIB)的收率以及催化活性稳定性，是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明为了克服沸石微孔结构和扩散限制，提供了一种新催化剂的制备方法。该催化剂是以金属离子置换Y型分子筛中的钠离子，再采用炭黑为惰性基质，采用空间合成法制备了尺寸定制的晶体尺寸在20到40nm的纳米沸石催化剂。本发明制备的催化剂具有结构良好、使金属分布均，具有较好的表面分布状态、酸强度高等优点。将其用于催化青叶噁烷和异丁酸合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯中，不仅多次循环使用仍能保证由于的催化活性，使用寿命增长，而且能显著提高青叶噁烷的转化率，提高2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯(TXIB)的收率。

为了达到上述技术目的，本发明提供了一种用于酯化反应改性孔Y型分子筛负载金属催化剂的制备方法，其具体制备方法步骤如下：

(1)取金属盐溶液与NaY分子筛混合，硝酸将金属离子调节约为0.1-0.3mol/L，溶液剧烈搅拌10-12h；