[发明专利]一种三氧化二钇复合金属氧化物催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种三氧化二钇复合金属氧化物催化剂及其制备方法与应用，包括载体以及负载在载体上的活性组分；所述的载体选自Al₂O₃、ZrO₂、ZnO、Nb₂O₅中的任意一种；所述的活性组分为Y₂O₃。采用湿浸渍法制备，经过高温煅烧后获得的一系列新型的负载型Y₂O₃复合氧化物催化剂。该方法可以通过调控催化剂中酸性强度及布朗斯特酸和路易斯酸位的比例，对催化剂的酸位进行精确调节，提高了催化剂的催化效果，实现了水热条件下可以高效、高产、稳定的催化纤维素水解制备乳酸。

技术领域

本发明属于复合金属氧化物的制备技术领域，特别涉及一种三氧化二钇复合金属氧化物催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会的发展，人们对于自然中资源的消耗日益增加，随着资源枯竭、环境污染，特别是石油、煤等不可再生资源的过度消耗、环境问题也特别突出，成为了现在社会特别关注的问题。因此寻找可再生的自然资源成为了亟待解决的问题。生物质作为一种可再生的自然资源，由于其可再生、低成本、低污染等特点，被誉为仅次于煤、石油、天然气的第四大能源。生物质的主要成分包括纤维素、半纤维素、木质素。乳酸，世界公认的三大有机酸之一，在食品、医药、农药、化妆品等方向具有很多的应用，同时也是生产新型生物降解材料聚乳酸的主要原料。因此在一定的反应条件下，用化学方法将纤维素催化水解生产乳酸具有较大的发展潜力。

纤维素是木质纤维素生物质的主要成分，是由β～1,4糖苷键连接的葡萄糖单元组成的生物聚合物。通过分子间和分子内氢键连接的葡萄糖单元的链状分子被包装成微纤维，分子链之间相互作用力很强。因此纤维素在温和条件下、在常规溶剂中、难以解聚成化学物质和燃料。目前常用的一些纤维素解聚方法有酶解、液体无机酸解、或在非常规溶剂如离子液体和超临界介质中水解。在文献Bioresource Technology Reports 5(2019)66–73中，Ning Shi等采用共沉淀法制备固体催化剂Al₂(WO₄)₃，并用于催化纤维素转化为乳酸。在220℃和3h的最佳条件下，纤维素在Al₂(WO₄)₃的催化条件下生成46％的乳酸。在文献Catalysis Letters(2019)149:2078–2088中，Xiaoxia He等制备了Co/H～ZSM～5催化剂，用于纤维素在水介质中的催化转化，在240℃下4h的最高产率为27.81％。在文献GreenChem,2019,21,6161中，Asimina A.Marianou等研究了杂多酸和氧化物组成的双功能催化剂，通过研究证明了酸度类型对反应途径和产物分布起关键作用。在催化纤维素到乳酸的过程中，TSA/SiO₂～Al₂O₃有高路易斯酸和布朗斯特酸度比，在175℃条件下反应60min，纤维素转化率61.2％，乳酸最高产率23.5％。但这些方法中乳酸的转化率和产率较低，并且反应时间较长，无法在工业化生产中应用，不适合乳酸的大规模生产。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于在纤维素水解反应中制备乳酸的负载型Y₂O₃复合氧化物催化剂。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种三氧化二钇复合金属氧化物催化剂，包括载体以及负载在载体上的活性组分；所述的载体选自Al₂O₃、ZrO₂、ZnO、Nb₂O₅中的任意一种；所述的活性组分为Y₂O₃。采用湿浸渍法制备，催化剂的比表面积在4.40～66.44m²/g之间。