[发明专利]一种采用冷冻金属催化剂催化木糖加氢制木糖醇反应的方法

说明书

本发明属于多相催化反应工艺领域，具体涉及一种采用冷冻金属催化剂用于木糖加氢制木糖醇反应的方法。所述方法采用冷冻金属多相催化剂，其主要组分为金属组分和载体氧化硅，所述金属为镍或者镍铜混合物，所述方法包括在所述冷冻金属多相催化剂存在下使木糖溶液与氢气在反应器中进行所述木糖加氢反应。该方法使用新型多相催化剂，反应工艺及装置简单，催化剂组成及制备方法简单，催化剂具有优异的反应活性，具有广阔的工业应用前景。

技术领域

本发明属于多相催化反应工艺领域，具体涉及一种采用冷冻金属催化剂催化木糖加氢制木糖醇反应的方法。

背景技术

日趋严重的能源供需矛盾和日益严苛的环保要求促进了可再生生物质资源转化利用的研究。中国是世界上最大的农业生产国，但是对于农林废弃物的高值化利用却十分有限。木糖是一种来源于农林废弃物等木质生物质的含碳化学品。木糖经加氢反应可以制备高附加值的木糖醇。木糖醇是一种健康的甜味剂，其甜度和蔗糖相当，但热量仅为蔗糖的三分之一，且木糖醇的代谢不需要胰岛素。因此，木糖被广泛用于食品和口香糖等食品工业。此外，木糖醇被用于牙科及药物领域。因此，木糖加氢制木糖醇高效催化剂的开发对于推动木糖及木糖醇产业发展具有重要意义。

木糖加氢制木糖醇主要在气固液三相高压反应器中进行，所用催化剂有贵金属催化剂和过渡金属催化剂。贵金属催化剂虽具有较高的木糖转化活性及木糖醇选择性，但价格较高，不适于大规模工业应用。过渡金属为主活性组分的雷尼镍是目前工业应用的催化剂体系，但雷尼镍催化剂的制备过程带来较大的环境污染，且雷尼镍催化剂存在失活快和少量副产物生成的问题。因此，雷尼镍替代催化剂的开发是木糖加氢制木糖醇的主要发展方向。此外，气固液三相反应要求催化剂在液相体系中可以分散相对均匀，同时要求催化剂具有大的比表面积和孔体积等，促进三相反应体系中反应物和产物的传质。

专利CN 108821940公开了水稻秸秆高效转化木糖醇的方法，其中采用NaBH₄还原木糖制木糖醇，该体系需要使用大量的强碱性溶液，存在环境污染问题。Gina Pecchi(RSCAdv.,2016,6,67817；Mole.Catal.,2017,436,182；Catal.Today,2018,310,59)报道了一类以钙钛矿盐为前驱体的镍基木糖加氢制木糖醇催化剂体系，催化剂的反应活性较高，一定程度上抑制了镍物种在三相反应体系中的流失，但是催化剂组成复杂且木糖醇选择性偏低，不超过60％，为后续产物分离提纯带来很大的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够在工业上容易实现的采用具有优异活性的冷冻金属催化的木糖加氢制木糖醇方法。

为此，本发明提供一种采用冷冻金属催化剂用于木糖加氢制木糖醇反应的方法，所述方法包括在所述冷冻金属催化剂存在下使木糖原料与氢气在反应器中进行所述木糖加氢反应；所述冷冻金属催化剂为采用低温真空脱水(-70～-10℃，0.05～1mbar)冷冻干燥技术处理含水催化剂前驱体后焙烧还原获得的冷冻金属催化剂，其组分为金属组分和载体氧化硅，催化剂中所述金属组分的质量含量为5％～40％(优选10～30％，更优选15～25％)，所述金属为镍或者镍铜混合物，其中镍铜混合物中优选镍铜质量比为1：1～4：1。

在一个优选实施方案中，所述反应器是滴流床或釜式反应器。

在一个优选实施方案中，所述木糖加氢制木糖醇反应以连续方式或间歇方式进行。