[发明专利]一种锡改性分子筛催化剂催化葡萄糖制取5-羟甲基糠醛的方法

说明书

本发明公开了一种锡改性分子筛催化剂催化葡萄糖制取5‑羟甲基糠醛的方法。该方法，包括如下步骤：将葡萄糖、锡改性分子筛催化剂、水和四氢呋喃加入至反应容器中，保持反应容器内的氮气压力为0.1～5MPa，维持反应温度为140℃～180℃条件下反应10～180min，待反应结束后冷却，得到含有目标产物5‑羟甲基糠醛的反应液。本发明提出的锡改性分子筛催化剂催化葡萄糖制取5‑羟甲基糠醛的方法可实现葡萄糖到5‑羟甲基糠醛的一步转化，且反应条件温和、催化剂稳定性良好，因此具有很好的工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及生物质催化技术领域，尤其涉及一种锡改性分子筛催化剂催化葡萄糖制取5-羟甲基糠醛的方法。

背景技术

随着化石资源储量的逐年递减，以化石资源为原料的大宗化学品的生产也面临着巨大的挑战，为了实现能源及化学品的可持续性供应，寻找高效、可循环的能源化学品生产的替代方式已迫在眉睫。生物质资源广泛存在于地球表面，廉价易得且可再生。有效转化和综合利用生物质资源生产石油基化学品是缓解化石能源危机和实现社会可持续发展的重要途径之一。

5-羟甲基糠醛因其分子结构的特殊性，可进一步衍生出多种高附加值的平台化学品，也可用作精细化工、制药、树脂、涂料、香料以及呋喃基聚合物等的中间体。更重要的是，5-羟甲基糠醛可通过纤维素类生物质直接脱水生成，是实现生物质资源综合利用的一种极为重要的平台分子。现有技术中采用均相无机酸和有机酸作为催化剂催化生物质基糖类脱水制备5-羟甲基糠醛，虽然催化效率较高，但存在副产物较多且产物易结焦、催化剂循环使用困难以及设备腐蚀严重等问题，不复合绿色化学与可持续发展的原则。相比之下，固体酸催化剂可实现产物与催化剂的快速分离且催化剂可循环使用，被认为是一种具有广阔应用前景的催化剂。然而，传统的固体酸催化剂仅有酸性位点或较弱的Lewis酸性位点，对于催化更为经济的生物质基葡萄糖制备5-羟甲基糠醛的选择性较差。采用金属对固体酸催化剂如分子筛进行改性可有效调变催化剂的酸性质，其中铬改性的固体催化剂在葡萄糖转化制备5-羟甲基糠醛中表现出优良的催化性能，但金属铬毒性较大且在反应过程中易流失，对生活环境危害较大，不符合绿色可持续发展的化学理念。为此，开发一种简易、高效、绿色的固体酸催化剂对于实现生物质资源的综合化利用具有重要的现实意义。

发明内容

本发明提供了一种锡改性分子筛催化剂催化葡萄糖制取5-羟甲基糠醛的方法，本发明提出的锡改性分子筛催化剂制备工艺简单，对葡萄糖到5-羟甲基糠醛转化的催化性能优良，能够重复使用且方便回收。

本发明的目的是提出了一种锡改性分子筛催化剂催化葡萄糖制取5-羟甲基糠醛的方法，包括如下步骤：将葡萄糖、锡改性分子筛催化剂、水和四氢呋喃加入至反应容器中，保持反应容器内的氮气压力为0.1～5MPa，维持反应温度为140℃～180℃条件下反应10～180min，待反应结束后冷却，得到含有目标产物5-羟甲基糠醛的反应液。

优选地，所述的葡萄糖与锡改性分子筛催化剂的质量比为1～2:1，所述的水与四氢呋喃的体积比为0～20:20～0，所述的葡萄糖和锡改性分子筛催化剂的质量和与水与四氢呋喃的体积和之比为1:9～10。葡萄糖和锡改性分子筛催化剂的质量和与水与四氢呋喃的体积和之比即反应物中的固液比，单位为g/mL。

优选地，所述的葡萄糖与锡改性分子筛催化剂的质量比为1:1，所述的水与四氢呋喃的体积比为2:18。

优选地，所述的锡改性分子筛催化剂由如下步骤制备得到：将SnCl₄·5H₂O溶于去离子水中，室温下搅拌使其完全溶解，得到氯化锡水溶液，将SAPO-34分子筛加入至氯化锡水溶液中，室温搅拌浸渍处理后放置于烘箱内干燥过夜，得到固体粉末，固体粉末粉碎即获得锡改性分子筛催化剂。锡改性分子筛催化剂表示为xSn/SAPO-34，其中x代表锡盐与分子筛载体的质量比值×100％。

进一步优选，所述的氯化锡水溶液的质量分数为1％～15％。

进一步优选，所述的氯化锡水溶液的质量分数为5％～10％。