[发明专利]一种Sn-MCM-41催化乳酸一步气相法合成丙交酯的方法

说明书

本发明涉及一种Sn‑MCM‑41催化乳酸一步气相法合成丙交酯的方法，包括如下步骤：(1)将催化剂Sn‑MCM‑41研磨，搭载于固定床反应装置的固定床反应器中；(2)将乳酸和氮气分别同时通入固定床反应器中，加热反应，得到丙交酯粗产物，冷却，收集。本发明所使用的催化剂Sn‑MCM‑41具有高活性和高选择性，在气相条件下，实现了L‑LA的高转化率和L‑LT的高选择性，同时避免有毒溶剂的使用，绿色环保，且反应装置的连续化，具有潜在的工业化前景。

技术领域

本发明属于有机化工技术领域，涉及一种Sn-MCM-41催化乳酸一步气相法合成丙交酯的方法。

背景技术

聚乳酸是使用最为广泛的可降解塑料之一，常被用于塑料制品、医疗器械、包装材料等领域，具有重要的工业价值和环保意义。丙交酯是合成可降解聚乳酸的重要中间体，高纯度的丙交酯可以合成高质量的聚乳酸。在工业上，L-丙交酯(L-LT)通常是由L-乳酸(L-LA)通过两步法制备，在催化剂作用下，L-乳酸首先聚合形成L-乳酸低聚物(MW3000)，随后在高温真空条件下解聚生成L-LT。由于底物在高温条件下停留时间长，从而发生消旋化反应生成meso-LT(M-LT)，而且反应副产物的残渣难以回收利用，导致丙交酯的产率低。近年来，Michiel Dusselier^[1]等人开发了一种乳酸在有机溶剂回流下一步液相法合成丙交酯的工艺。相较于两步法，该工艺流程简单，能耗低，但是工艺中使用的甲苯、二甲苯等有机溶剂具有毒性，不利于工业化生产。

上个世纪90年代，DuPont和Biopak首先提出了固定床气相法合成工艺，此工艺中使用Al₂O₃为催化剂，催化活性低，产率仅有44％。2015年，Pravin P.Upare^[2]等人报道了一种将SnO₂负载在SiO₂上的SnO₂-SiO₂催化剂，SnO₂的含量达到了80％，催化质量分数75％的乳酸直接转化为丙交酯，产率达到94％，然而该方法中乳酸的进料速度仅为1g_La/g_cat./h，因此需要开发一种更加高效的催化剂催化乳酸合成丙交酯。

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Sn-MCM-41催化乳酸一步气相法合成丙交酯的方法，在气相条件中反应，实现了L-LA的高转化率和L-LT的高选择性，提高了乳酸的进料质量流速。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种Sn-MCM-41催化乳酸一步气相法合成丙交酯的方法，包括如下步骤：

(1)将催化剂Sn-MCM-41研磨，搭载于固定床反应装置的固定床反应器中；

(2)将乳酸和氮气分别同时通入固定床反应器中，加热反应，得到丙交酯粗产物，冷却，收集。

优选地，步骤(1)中，所述的催化剂Sn-MCM-41根据参考文献合成^[3,4]。

催化剂Sn-MCM-41的优选的合成方法是，将6.15mL的四甲基硅酸铵加入到12.97g的25wt％的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液中，连续搅拌50min；接着向上述的反应液中加入0.167g的SnCl₄·5H₂O，形成凝胶，继续搅拌10min；最后向凝胶体系中搅拌加入3.26mL正硅酸乙酯(TEOS)，继续搅拌2.5h。反应结束后，将混合物转移到水热反应器中，在140℃下加热14h，得到催化剂Sn-MCM-41前体，过滤，去离子水洗涤，在60℃下的鼓风干燥箱中空气中干燥30min。随后将催化剂Sn-MCM-41前体在550℃的马弗炉中(升温速率为1℃min^-1)下焙烧6h，去除有序介孔结构中的有机化合物得到催化剂Sn-MCM-41，硅锡比为50：1。