[发明专利]一种气相光催化氧化异丙醇制丙酮的铜催化剂及反应工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂的制备及其应用，属能源化工和精细化工领域，主要适用于低温下气相光催化部分氧化异丙醇制丙酮的反应，提供催化剂的制备方法和催化反应条件。

背景技术

丙酮又名二甲基酮，是最简单的饱和酮，在工业上主要作为溶剂用于炸药、塑料、橡胶、纤维、制革、油脂、喷漆等行业中，也可作为合成烯酮、醋酐、碘仿、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸甲酯、氯仿、环氧树脂等物质的重要原料。丙酮的工业生产以异丙苯法为主。以乙醇为原料生产丙酮，一般需要铬酸锌作催化剂，反应高温比较高，通常超过400℃以上。

丙酮的用途十分广泛，主要可分为五大类①低沸点有机溶剂，主要用于生产醋酸纤维素、照相胶片、薄膜塑料、橡胶、制革、油脂以及涂料喷漆等工业品；②化工原料，主要用于制造双酚、丙酮氰醇甲基丙烯酸甲酯、己二醇、异丙叉丙酮、甲乙酮、甲基异丁基甲酮、丙炔酮、乙酰氯、乙酐、氯仿、碘仿、麻醉剂索佛那、维生素和丙烯拟除虫菊酯等；③钢瓶贮存乙炔的稳定剂；④色谱分析标准物质和液相色谱洗脱剂；⑤稀释剂、电子产品去油的洗涤剂、各种维生素、激素及石油脱蜡的萃取剂等。[宗言恭.近年丙酮国内外生产及发展情况概述[J].中国石油和化工经济分析,2006(23):15-19]

丙酮的生产方法主要有发酵法、丙烯直接氧化法、异丙醇法、异丙苯法。世界上以上的丙酮采用异丙苯法生产，该法生产成本低，为当今生产丙酮最经济的方法，每生产1吨苯酚，联产约0.62丙酮。[白桦.丙酮的国内外供需现状及发展前景[J].化工技术经济,2006,24(10):26-34]。异丙苯法技术合成路线包括异丙苯合成、异丙苯氧化、过氧化异丙苯提浓、分解和中和、产品精制、副产回收等工序。[Junior V, Trindade W. Acetona [J]. Revista Virtual de Química, 2011, 3(4): 339-343]，[Meehan, Julia. Acetone[J].ICIS Chemical Bussiness,2012,282(16):33] 1996年世界丙酮的总生产能力为396.5万吨，2010年增加到670.6万吨。产能主要集中在北美、西欧和亚洲三个地区。[李雅丽,国内外丙酮生产现状与市场分析[J],精细与专用化学品,2005,13(17):27-29]

1991年MOLNAR, A等人第一次成功通过异丙醇催化制得丙酮，反应条件为200℃，以Cu61Zr39合金为催化剂，转化率达到70%。但所制备的催化剂不稳定，重复性较差。[Molnar, A et al. Jouranl of molecular Catalysis.1991,64(1),41-51], Jun Kubo等人制备的AMoOx (A = Ba, Sr)等催化剂对异丙醇的转化率最高可达99%,丙酮的选择性也可达到98%，但是实验所需温度较高，对设备有很大的损害。

2017年耿振华报道了以锐钛矿型TiO₂（101）为催化剂实现了异丙醇催化制丙酮，实验在高压真空室内进行光催化，无氧气参与，异丙醇分子吸附到TiO2（101）面上，在266nm的激光的照射下，经过TPD程序升温，观察异丙醇的转化率。并且催化剂A-TiO2(101)必须经过Ar⁺溅射以及在超真空、温度800K下煅烧，从而对催化剂进行多次清洁，确保催化剂表面干净。在催化剂表面温度为120K时利用分子束加料器将2-丙醇施用在TiO₂（101）表面，以2K/S的升温速率将温度升至800K。[Zhen-hua Geng, et al. Chinese Journal Of Chemical Physics.2017,30(1),1-6]

而本发明所制备的Cu/TiO₂催化剂在测试之前将其溶解在少量的异丙醇中，均匀的涂抹在25.4*76.2mm的玻璃片上。气相异丙醇 / 氧气摩尔比为=2:1为原料气，在常压下经过紫外灯照射2h后，反应温度为25℃-45℃，测试光催化部分氧化异丙醇制丙酮情况。

发明内容

本发明的目的主要是提供一种反应温度在25-45℃，在常压、气相和光照条件下能够将异丙醇部分氧化得到丙酮等化合物的高效二氧化钛负载的纳米Cu-TiO₂光催化剂制备方法及生产工艺。