本發(fā)明涉及磷酸鋁負(fù)載氧化錫固體酸催化劑alpo4-sno2的合成及催化轉(zhuǎn)化纖維素值乙酰丙酸的應(yīng)用，屬于生物質(zhì)資源利用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、乙酰丙酸的分子結(jié)構(gòu)具有羧基、羰基等官能團，具有高反應(yīng)活性，可轉(zhuǎn)化為生物液體燃料及各種高值化學(xué)品，是一種重要的平臺化合物。纖維素屬于可再生生物質(zhì)資源，來源廣泛、成本低廉。固體酸催化降解纖維素反應(yīng)是在水熱條件下通過纖維素初步水解生成六碳糖和五碳糖等單糖，再經(jīng)過異構(gòu)化-脫水級聯(lián)轉(zhuǎn)化反應(yīng)經(jīng)由葡萄糖、5-羥甲基糠醛（hmf）等中間產(chǎn)物，可得到乙酰丙酸產(chǎn)物。

2、在酸催化領(lǐng)域，固體酸具有易分離、可重復(fù)利用、操作簡單等優(yōu)點。由金屬氧化物和沸石分子篩組成的雙功能固體酸催化劑不僅串聯(lián)了不同的反應(yīng)，而且通過b酸和l酸協(xié)同效應(yīng)提高了催化活性，廣泛應(yīng)用于催化裂化、異構(gòu)化、酯交換等領(lǐng)域。磷酸鋁分子篩由al-o四面體和p-o四面體構(gòu)成，二者嚴(yán)格交替，骨架整體為電中性，具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)，表面磷酸根提供b豐富的b酸位。sno2因其具有混合氧化態(tài)（sn2+/sn4+）并存在足夠的氧空位，是典型的酸性氧化物，提供l酸位。將alpo4與sno2耦合，制備了磷酸鋁負(fù)載氧化錫固體酸催化劑alpo4-sno2，提供了一種新型b/l酸雙功能的固體酸催化劑。將該催化劑用于水熱條件下纖維素催化轉(zhuǎn)化制乙酰丙酸，能夠降低反應(yīng)溫度、提高乙酰丙酸的選擇性，且催化劑具有良好的重復(fù)使用性能，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是提供一種雙功能固體酸催化劑alpo4-sno2用于選擇性催化纖維素為乙酰丙酸的方法。

2、本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案如下：

3、采用高壓反應(yīng)釜作為反應(yīng)容器，按照一定的質(zhì)量比將纖維素粉和催化劑加到反應(yīng)容器中，再加入一定量的水，在磁力攪拌和一定的溫度下進行纖維素的降解反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，待體系冷卻至室溫后，將固體殘渣和液體產(chǎn)品分離，將固體殘渣干燥后稱重，計算纖維素轉(zhuǎn)化率，將濾液定容到固定體積后進行產(chǎn)物分析，計算乙酰丙酸產(chǎn)率。

4、所述選擇性催化纖維素為乙酰丙酸的方法，雙功能催化劑中的b酸為alpo4,?l酸為sno2。

5、所述選擇性催化纖維素為乙酰丙酸的方法，纖維素和催化劑用量的質(zhì)量比為0.6-3。

6、所述選擇性催化纖維素為乙酰丙酸的方法，纖維素和溶劑水的固液質(zhì)量比為1:500-5:500。

7、所述選擇性催化纖維素為乙酰丙酸的方法，反應(yīng)溫度為180~200℃。

8、所述選擇性催化纖維素為乙酰丙酸的方法，反應(yīng)時間為4~5h。

9、所述選擇性催化纖維素為乙酰丙酸的方法，固液分離方法為減壓過濾。

10、所述選擇性催化纖維素為乙酰丙酸的方法，產(chǎn)物分析的方法為高效液相色譜法，配置纖維素降解產(chǎn)物葡萄糖、5-羥甲基糠醛、乙酰丙酸的一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制峰面積與濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后將降解反應(yīng)的濾液進樣分析，計算獲得各產(chǎn)物濃度，進一步計算獲得各產(chǎn)物反應(yīng)產(chǎn)率。

11、纖維素用量為0.5?g，催化劑用量為0.5?g，溶劑水體積為50?ml，190℃條件下反應(yīng)4?h，乙酰丙酸產(chǎn)率達到42.4%。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點是：

13、提供了一種新型b/l酸雙功能的固體酸催化劑，將該催化劑用于水相纖維素催化轉(zhuǎn)化制乙酰丙酸，催化劑耐高溫，纖維素轉(zhuǎn)化率高，對單一產(chǎn)物乙酰丙酸選擇性高，可用于催化降解纖維素，且催化劑具有良好的重復(fù)使用性能，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種雙功能固體酸催化劑alpo4-sno2用于選擇性催化纖維素為乙酰丙酸的方法，其特征在于，采用高壓反應(yīng)釜作為反應(yīng)容器，按照一定的質(zhì)量比將纖維素粉和催化劑加到反應(yīng)容器中，再加入一定量的水，在磁力攪拌和一定的溫度下進行纖維素的降解反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，待體系冷卻至室溫后，將固體殘渣和液體產(chǎn)品分離，將固體殘渣干燥后稱重，計算纖維素轉(zhuǎn)化率，將濾液定容到固定體積后進行產(chǎn)物分析，計算乙酰丙酸產(chǎn)率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于雙功能催化劑中的b酸為alpo4,?l酸為sno2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于纖維素和催化劑用量的質(zhì)量比為0.6-3。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于反應(yīng)體系纖維素和溶劑水的固液質(zhì)量比為1:500-5:500。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于反應(yīng)溫度為180~200℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于反應(yīng)時間為4~5h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于固液分離方法為減壓過濾。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于產(chǎn)物分析的方法為高效液相色譜法，配置纖維素降解產(chǎn)物葡萄糖、5-羥甲基糠醛、乙酰丙酸的一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制峰面積與濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后將降解反應(yīng)的濾液進樣分析，計算獲得各產(chǎn)物濃度，進一步計算獲得各產(chǎn)物反應(yīng)產(chǎn)率。

9.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，纖維素用量為0.5?g，催化劑用量為0.5g，溶劑水體積為50?ml，190℃條件下反應(yīng)4?h，乙酰丙酸產(chǎn)率達到42.4%。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種雙功能固體酸催化劑AlPO4?SnO2用于選擇性催化纖維素為乙酰丙酸的方法，屬于生物質(zhì)資源利用領(lǐng)域。采用高壓反應(yīng)釜作為反應(yīng)容器，按照一定的質(zhì)量比將纖維素粉和雙功能固體酸催化劑AlPO4?SnO2加到反應(yīng)容器中，再加入一定量的水，在水熱條件下進行纖維素的降解反應(yīng)，可得到高產(chǎn)率的乙酰丙酸。本發(fā)明的優(yōu)點在于：磷酸鋁負(fù)載氧化錫固體酸催化劑AlPO4?SnO2同時具有Br?nsted酸和Lewis酸，將該催化劑用于水熱條件下纖維素催化轉(zhuǎn)化制乙酰丙酸，能夠降低反應(yīng)溫度、提高乙酰丙酸的選擇性，且催化劑具有良好的重復(fù)使用性能，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：吳昱萱,郭麗紅,謝文磊
受保護的技術(shù)使用者：河南工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19