[发明专利]硼铝酸盐催化剂在催化甘油与丙酮缩酮化反应中的应用

说明书

本发明公开了一种硼铝酸盐催化剂在催化甘油与丙酮缩酮化反应中的应用，所述硼铝酸盐催化剂的分子式为H₅Fe_3xAl_3‑3xB₆O₁₆，0.10≤x≤0.30。本发明通过Fe掺杂PKU‑1制得Fe_xAl_1‑x‑PKU‑1催化剂，该Fe_xAl_1‑x‑PKU‑1催化剂无毒、无污染，且具有极强的非金属Lewis酸中心，在催化甘油与丙酮反应生成丙酮缩甘油的反应中转化率高，丙酮缩甘油产物的选择性高，副产物少，并且稳定性优异，回收利用多次后结构依然稳定。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种硼铝酸盐催化剂在催化甘油与丙酮缩酮化反应中的应用。

背景技术

当今世界随着煤、石油、天然气等不可再生能源的大量消耗以及环境的恶化，引起了人们对生物燃料的广泛关注。而通过酯交换工艺制成的生物柴油是可代替石化柴油的可再生性燃料，是典型的“绿色能源”，与传统石油相比具有许多优势。然而，在生物柴油的生产过程中会产生10％左右的粗甘油作为主要副产物。据估计，到2020年，全球甘油产量将达到419亿升。因此，为了生物柴油行业的可持续发展，研究者们已经投入大量精力用于甘油的催化转化，包括氢解、氧化、脱水、聚合、蒸汽重整、醚化、酯化、乙缩醛化等反应过程。其中，催化甘油与丙酮发生缩合反应生成高附加值的2,2-二甲基-1,3-二氧戊环-4-甲醇(简称丙酮缩甘油，英文名称Solketal)产物是有效利用甘油的途径之一，具有极大的商业价值，因为丙酮缩甘油不仅能够极大地改善燃油的品质，还可作为诸多反应过程的药物中间体。

甘油和丙酮的缩酮化反应通常需要在酸性催化位点的作用下才能进行，而固体酸与传统工艺所采用的无机酸相比更易于分离且腐蚀性小，因此具有很强的吸引力。例如：F.D.L.Menezes等人研究SnCl₂路易斯酸催化剂用于甘油与丙酮的缩酮化反应，提高甘油转化率的过程中具有很高的催化效率。但甘油的转化率只能达到80％左右，同时使用后的SnCl₂固体酸催化剂易对环境造成污染。

因此，针对甘油和丙酮的缩酮化反应开发一种稳定性好且环境友好的新型催化材料，同时提高转化率和选择性，具有巨大的现实意义和经济价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硼铝酸盐催化剂在催化甘油与丙酮缩酮化反应中的应用，在催化甘油与丙酮反应生成丙酮缩甘油的反应中具有极高的转化率和选择性，并且无毒无污染。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种硼铝酸盐催化剂在催化甘油与丙酮缩酮化反应中的应用，所述硼铝酸盐催化剂的分子式为H₅Fe_3xAl_3-3xB₆O₁₆，0.10≤x≤0.30。

作为优选的技术方案，所述硼铝酸盐催化剂的分子式为H₅Fe_0.6Al_2.4B₆O₁₆。

作为优选的技术方案，所述硼铝酸盐催化剂的合成方法包括以下步骤：

(1)将Fe盐、Al盐及硝酸混合，在50～100℃下反应；

(2)往步骤(1)反应得到的混合物中加入H₃BO₃，在180～250℃下水热反应；

(3)将步骤(2)反应得到的混合物洗涤、干燥，得到所述硼铝酸盐催化剂。

作为优选的技术方案，将甘油、丙酮以及所述硼铝酸盐催化剂加入反应器中，进行缩酮化反应，得到丙酮缩甘油。