[发明专利]一种氮掺杂介孔碳负载合金纳米催化剂及其用途

说明书

本发明属于催化剂合成技术领域，具体涉及一种氮掺杂介孔碳负载合金纳米催化剂及其催化糠醛高效水相加氢制备环戊酮的应用。该催化剂由载体氮掺杂介孔碳以及负载在氮掺杂介孔碳上的金属M₁、M₂组成，金属M₁和M₂均为Cu、Co、Fe、Ni、Al和Zn中的任意一种，且在催化剂中的负载量为5～30％，该催化剂通过浸渍法或者原位一锅法制得，具有介孔结构，有较高的比表面积和良好的孔隙结构，有利于催化传质过程，可多次循环利用，催化效率无明显降低，循环性能较好，符合工业生产需求。该催化剂安全无毒、绿色高效，对于环境友好且对人体无害，符合工业绿色生产要求，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂合成技术领域，具体涉及一种氮掺杂介孔碳负载合金纳米催化剂及其催化糠醛高效水相加氢制备环戊酮的应用。

背景技术

环戊酮是一种重要的精细化工中间体，它是制备新型香料二氢茉莉酮酸甲酯、白兰酮以及抗焦虑药丁螺环酮等产品的原料。由于它对各种树脂具有很好的溶解性能，在电子行业作为溶剂得到广泛应用。

环戊酮最早的合成方法由Thorpe和Kon发现，以己二酸为原料，氢氧化钡作为催化剂，在高温条件下，发生分子内脱羧闭环反应合成环戊酮。20世纪70年代，日本Zeon公司将C₅馏分中大量的环戊二烯二聚体解聚成环戊二烯，通过加氢催化将环戊二烯转化为环戊烯，再采用Wacker型催化体系将其转化为环戊酮。到了本世纪，德国巴斯夫公司开发出了环戊烯液相氧化工艺，N₂O为氧化剂生产环戊酮。主要合成方法总结如下。

(1)己二酸热解法

该工艺流程简单，得到的产品环戊酮的纯度达到99.9％以上，可以直接作为电子行业的溶剂使用，该工艺在国内外均有工业化应用，但原料价格昂贵，产品原子经济性低，三废污染排放较大。

(2)环戊烯催化氧化法

该工艺原料和催化剂价格相对昂贵，催化剂容易中毒，生产过程中对设备的要求较高，且以N₂O氧化剂存在环境污染，操作控制难度大等问题。

近年来石油资源逐渐面临枯竭，应用生物质原料制备重要化学品受到越来越多的重视。糠醛是一种廉价易得的生物质平台分子，可通过一系列重要反应，转化为高附加值化学品，如糠醇、四氢糠醇、2-甲基呋喃和环戊酮等产物。

以糠醛为原料制备环戊酮，为环戊酮生产提供一种新的可选择途径，具有重要应用价值。2012年，Hronec等人报道了在水中糠醛和糠醇重排反应再加氢制环戊酮的新方法。发现Ru/C催化糠醛转化，获得CPO和CPL产率分别为16％和11％。以NiCu-50/SBA-15为催化剂，160℃和8MPaH₂压力下，催化糠醛转化为环戊酮产率达62％。而在160℃和8MPa H₂压力下，以5％Pt/C催化剂时，糠醛转化为环戊酮和环戊醇总产率达81.32％。以水滑石负载CuNiAl、Ru/MIL-101和Au/TiO₂等作为催化剂的转化反应应用也有所报道，但报道的催化剂存在转化率与选择性较低等问题，无法满足工业上的生产实际要求。

已有的研究结果表明，糠醛还原和异构化制备环戊酮涉及以下过程：