[发明专利]一种用于甘油制备乳酸的催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明提供一种用于甘油制备乳酸的催化剂，具有双层核壳结构，核层为金属纳米颗粒，壳层为苯基膦多孔有机聚合物，经过还原处理，从而得到多孔有机聚合物负载型核壳催化剂；本发明核层包括Cu、Ni、Co金属纳米颗粒中的一种或多种；本发明还提供了上述催化剂的制备方法和应用。本发明催化剂催化效率高，稳定性强，寿命长，适用范围广，可用于有氧或无氧环境下的甘油制备乳酸工艺；合成过程简单，操作方便，重复性好，易于放大生产；本发明的催化剂用于在以甘油水溶液为原料，空气为氧化剂制备乳酸的反应中，甘油转化率可到95%以上，乳酸选择性为达到80%以上，反应条件温和，易于操作，催化剂具有优异的循环使用性，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于催化材料技术领域，具体涉及一种用于甘油制备乳酸的催化剂、制备方法及应用。

背景技术

生物柴油是一种环境友好的燃料，随着其生产及应用的快速增长，其生产过程中重要的副产物甘油将会大量过剩。因此，将甘油转化为高附加值的化学品对于提高生物柴油整体竞争力具有重大意义。乳酸是重要的化工原料，可用于制备生物兼容和可降解的聚乳酸塑料，广泛应用于食品和医药等领域，就其价格而言，乳酸的价格远远高于甘油，因此探索催化转化甘油制备乳酸具有环境效益和经济价值。

在目前研究中，甘油制备乳酸主要分为发酵法和化学合成法。发酵法存在反应条件要求严格、反应速率较低、工序成本较高等缺点。化学合成法包括氧化法、加氢法、水热法等。Shen等以Au-Pt/TiO₂为催化剂，在有氧、90 ℃、NaOH水溶液环境下催化氧化甘油，甘油转化率约为30%，乳酸的最高选择性为85.6%（Chemistry A European Journal, 2010, 16,7368-7371）。CN201510861655.2公布了一种本发明提供一种甘油催化选择氧化制取乳酸和丙酮酸的核壳型催化剂，催化剂核层是金属氧化物，壳层用金属盐进行包裹、还原后得到核壳型纳米金属催化剂，催化剂在以甘油水溶液为原料，空气为氧化剂的反应中，可获得60.6%甘油转化率和48.7%的乳酸选择性为。CN201910434595.4公布了一种石墨烯包裹镍-氧化镍催化剂及其在制备乳酸中的应用，所制备的催化剂在氢氧化钠与甘油摩尔比1:1、220℃水热的条件可以得到近100%的甘油转化率，其中乳酸选择性为~50%。

由于甘油制备乳酸体系含有大量水分、强碱，在相对苛刻反应条件下，金属催化活性物种在水溶液中发生溶解、流失以及聚集长大等过程，大部分金属催化剂并不能够稳定存在，从而导致催化剂失去活性，现有的技术难以同时获得高的催化活性和高的催化稳定性。因此，急需发展一种新型高效、稳定的金属催化剂用于甘油制备乳酸。基于此，本发明提供一种用于甘油制备乳酸的催化剂及其制备方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的第一目的是针对现有技术的不足，提供一种操作简单，可以调控金属粒径和分散度的、用于甘油制备乳酸的多孔有机聚合物负载型核壳纳米催化剂，该催化剂在甘油催化选择氧化制取乳酸的反应中显现出优良的催化性能和稳定性；

本发明的第二目的是提供一种用于甘油制备乳酸的催化剂的制备方法；

本发明的第三目的是提供上述催化剂在甘油制备乳酸领域中的应用。

本发明采用以下技术方案：

一种用于甘油制备乳酸的催化剂，所述催化剂具有双层核壳结构，其中，核层为金属纳米颗粒，壳层为苯基膦多孔有机聚合物。

进一步的，所述核层包括Cu、Ni、Co金属纳米颗粒中的一种或多种。

进一步的，所述核层占催化剂重量的0.1~20%；壳层占催化剂重量的80~99%。

进一步的，所述苯基膦多孔有机聚合物的前驱体为三对苯乙烯基膦，或者三对苯乙烯基膦和苯乙烯。

以上所述的用于甘油制备乳酸的催化剂的制备方法，包括以下步骤：