[发明专利]用于连续催化合成异丁酸异丁酯的接枝型催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种用于连续催化合成异丁酸异丁酯的接枝型催化剂的制备方法，本发明制得的接枝型催化剂的活性中心属于均匀接枝在载体上的分子形态，活性中心更高。以异丁醛为反应物，在接枝催化剂的作用下反应制得异丁酸异丁酯，反应步骤少、没有副产物、反应温度低，且克服了催化剂失活，与产物不好分离的缺点，此外，反应过程中无水之外的副产物产生，排除了水分对产物的影响，可大规模生产。制备得到的产物异丁酸异丁酯含量大于90％，达到工业品要求。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种用于连续催化合成异丁酸异丁酯的接枝型催化剂的制备方法。

背景技术

异丁醛的用途不如正丁醛广泛。工业上主要是加氢生产异丁醇。异丁醛与甲醛经加成反应生成羟基三甲基乙醛，再加氢生成新戊二醇，用作清漆、树脂、纤维和润滑剂的原料；异丁醛与尿素反应制得的肥料能缓慢释放出氮；此外，也用作氨基酸、维生素等药物的中间体。羰基合成法按比例同时得到正丁醛和异丁醛，消费平衡的情况仍然是异丁醛供过于求，极大量异丁醛被当作燃料利用，因此异丁醛有着巨大的工业潜力。

异丁酸异丁酯是一类无色或淡黄色的液体，具有菠萝、葡萄皮或醚香味，熔点-80.7℃，沸点146～149℃。不溶于水，溶于乙醇、乙醚。依据国标规定，异丁酸异丁酯可用作食用香料，添加于系列的香精中，如水果香型食用香精、大曲型酒用香精和烟草香精等。除此之外，异丁酸异丁酯在溶剂、脱除剂以及萃取蒸馏添加剂等方面均具有优良性能。目前制备异丁酸异丁酯的主要方法有酯化法、脱氢歧化法、电解氧化法和缩合法。酯化反应过程具有诸多缺陷，浓硫酸作为常用催化剂时，产生大量副产物、设备腐蚀严重、废液及污染物排放量大等；SO₂^-4/MxOy型固体酸作为催化剂时，不仅催化剂的制备繁琐，而且催化剂的稳定性欠佳，催化活性较低；采用杂多酸化合物作为催化剂时，其催化剂成本高且难分离回收；采用离子液体及离子交换树脂作为催化剂时，其制备繁琐且成本较高，重复使用性能较差。

发明内容

针对现有技术存在的不足和缺点，本发明提供了一种用于连续催化合成异丁酸异丁酯的接枝型催化剂的制备方法，所得催化剂不仅价格低廉，而且具有转化率很高，制备方案简单，对产物异丁酸异丁酯更易分离的特点，具有很好的经济性和工业价值。该催化剂的活性中心均匀接枝在载体上的分子形态，活性中心更高，而且反应温度低，基本不需要加热，克服了催化剂失活的弊端，并不用进行水分的分离，缩短了工业生产步骤。

本发明采用以下技术方案：接枝型催化剂的制备方法；首先将载体酸化，再与有机钠盐进行接枝，干燥后即可得到接枝型催化剂。

所述接枝型催化剂的具体制备方法步骤如下：

(1)将1.0～5.0g载体分散在60～100mL洗液中，放在超声波清洗机中在60～80℃条件下超声2～8h，然后相同条件下搅拌2～4h进行酸化；将酸化后的载体用蒸馏水反复洗涤3～6次至中性，并在60～80℃温度条件下干燥过夜，得到酸化固体载体；酸化使载体表面布满含氧基团，比如羟基、羧基等。

其中，载体为活性炭、含氮介孔碳或介孔碳；洗液由体积比为2～4:1的硫酸和双氧水组成。

(2).将2-羟基-N-甲基乙酰胺放入容器中60～80℃加热，通入氮气保护并加入过量单质钠，相同温度下搅拌3～7h反应得到有机钠盐；

(3).将步骤(2)得到的有机钠盐过滤，将过滤后的有机钠盐以及步骤(1)酸化后的载体放入乙醇中在60～80℃条件下进行搅拌3～7小时，将搅拌后的液体过滤，并在60～80℃条件下干燥得到接枝型催化剂。

有机钠盐与酸化后的载体的质量比为2～5:10。

本发明方法制得的催化剂载体为活性炭、含氮介孔碳、介孔碳等碳材料，活性组份为含有孤对电子的有机钠盐，所得催化剂对设备无要求，无需强酸强碱的环境，分离十分简单，且活性高反应温度仅在40℃～90℃。