[发明专利]一种固体酸碱复合金属催化剂用于制备航空燃料前聚体的方法

说明书

本发明公开一种固体酸碱双功能复合金属催化剂Nb₂O₅‑ZrO₂催化苯甲醛制备航空燃油前聚体苄叉丙酮以及二亚苄叉丙酮的方法，该催化剂具有丰富的酸碱性位点和较高的比表面积，易于反应液分离，表现出较好的稳定性。反应原料苯甲醛与丙酮的摩尔比为1:9、催化剂与反应液(苯甲醛+丙酮)的质量比0.1:1、反应温度130℃、反应时间4h，苯甲醛反应转化率98.94％，苄叉丙酮的摩尔产率85.32％，二亚苄叉丙酮的摩尔产率9.76％。

技术领域

本发明属于生物质能源催化领域，涉及一种固体酸碱复合金属催化剂Nb₂O₅-ZrO₂催化苯甲醛和丙酮缩合制备苄叉丙酮和二亚苄叉丙酮的方法。

背景技术

生物质能是一种以茎叶、农作物秸秆、林业剩余物等为原料的可再生能源，作为一种替代石油、煤等化石能源的原料，引起广泛关注。木质纤维素是构成生物质的主要成分之一，通过生物转化技术可转化为对羟基苯甲醛、苯甲醛、糠醛等重要的化工原料。苯甲醛作为一种重要的有机中间体，具有环状结构，是合成航空燃油的重要原料。苯甲醛与丙酮经羟醛缩合合成具有C₁₀(苄叉丙酮)和C₁₇(二亚苄叉丙酮)的液态烷烃前聚体，最后经加氢-脱氧-异构化可得到高密度的航空燃油，其缩合反应路径如下：

传统所用催化剂大多为NaOH、KOH、强酸等均相催化剂，严重腐蚀设备，增加分离成本。近年来，越来越多的固体碱催化剂用于该反应。但固体碱催化剂存在一些缺点，如固体碱催剂对空气中的CO₂以及反应过程中生成的水很敏感，而固体酸催化剂具有优良的稳定性。因此，将固体酸和固体碱催化剂结合起来开发一种酸碱双功能催化剂得到研究者青睐。本发明旨在提供一种制备工艺简单、廉价、且催化性能好的固体酸碱复合金属催化剂Nb₂O₅-ZrO₂催化苯甲醛和丙酮缩合制备苄叉丙酮和二亚苄叉丙酮的方法，期望得到一种高活性、热稳定性的Nb₂O₅-ZrO₂催化剂，催化苯甲醛与丙酮的羟醛缩合反应，苯甲醛转化率达98.94％，目标产物苄叉丙酮摩尔产率85.32％、二亚苄叉丙酮产率摩尔产率9.76％。

发明内容

本发明的目的

本发明目的旨在提供一种固体酸碱复合金属催化剂Nb₂O₅-ZrO₂催化苯甲醛和丙酮缩合制备苄叉丙酮和二亚苄叉丙酮的方法。

本发明的技术方案

1.一种固体酸碱复合金属催化剂用于制备航空燃料前聚体的方法，其特征是：

(1)所述固体酸碱复合金属催化剂为Nb₂O₅-ZrO₂，反应原料苯甲醛与丙酮按照摩尔比 1:8～10构成反应液，Nb₂O₅-ZrO₂催化剂、反应液按照质量比0.1～0.19:1混合均匀，加热至 130～140℃，搅拌反应3-4h，停止反应，冷却至室温，过滤，使用丙酮萃取过滤催化剂得到苄叉丙酮与二亚苄叉丙酮，苯甲醛转化率98.94％，苄叉丙酮摩尔产率85.32％，二亚苄叉丙酮摩尔产率9.76％，用乙醇超声洗涤滤饼30～40min，超声洗涤5次，100～120℃真空干燥10～ 12h后，作为催化剂备下次重复使用；苄叉丙酮与二亚苄叉丙酮为制备航空燃料的前聚体；