[发明专利]一种用于生物质水解制备乙酰丙酸的固体酸催化剂

说明书

本发明固体酸催化剂技术领域，具体涉及一种用于生物质水解制备乙酰丙酸的固体酸催化剂。该催化剂由活性组分、助剂和载体组成，所述活性组分为硫酸化的氧化锆，助剂为氧化镧和/或氧化钼，载体为多孔氧化物分子筛；以重量含量计，该催化剂组成为：5~20%的硫酸根，3~30%的氧化锆，不超过10%的氧化镧，不超过10%的氧化钼，其它为载体。本申请所提供的用于生物质水解制备乙酰丙酸的固体酸催化剂，由于形态属于固体，与传统的液体酸催化剂相比，在保持较好催化效率同时，具有易于分离和重复利用的优点，因而可大幅减少对环境的污染以及对设备的腐蚀，表现出较好地实用价值和推广应用意义。

技术领域

本发明固体酸催化剂技术领域，具体涉及一种用于生物质水解制备乙酰丙酸的固体酸催化剂。

背景技术

现今世界范围内最主要的燃料来源仍然是煤、石油和天然气等化石燃料。但化石燃料属于一次性不可再生能源，其大量使用必不可少会带来资源短缺以及环境污染等问题，因此可再生能源的利用受到越来越广泛的重视。生物质是唯一可转化成气态、液态和固态燃料以及其他化工原料或产品的可再生能源，以生物质生产能源和精细化学品的研究已成为能源研究领域的热点问题。随着地球上不可再生资源消耗速度的加快,生物质资源将在未来的能源和资源结构中起到十分重要的作用。

乙酰丙酸是生物质能源利用中一种十分重要的平台化合物。目前，乙酰丙酸的生产方法主要有糠醇催化水解法和生物质直接水解法两种。以生物质制备乙酰丙酸的研究有着原料资源数量巨大，价格低廉并且可不断再生等优势。因此，加强对于乙酰丙酸制备方法的研究具有十分重要的应用意义。

现有技术中，针对利用生物质制备乙酰丙酸中，比较典型的研究例如有：中国专利2009100885964公开了一种利用秸秆类生物质制备乙酰丙酸的方法，该方法以稀硫酸为催化剂在200~240℃无氧条件下对秸秆类生物质进行水解制取乙酰丙酸；美国专利US6054611提供了一种利用五碳糖或者六碳糖制备乙酰丙酸的方法；美国专利US 8426619提供了一种利用生物质水解连续制备乙酰丙酸和糠醛的方法。但是以上这些方法所采用的酸催化剂基本上都是液体无机酸催化剂，虽然具有反应时间短、产率高等优点，但使用无机酸作为催化剂时也会产生酸废液，而且由于产物难以分离，对设备的腐蚀也比较严重，因而极有必要加以改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体酸催化剂，从而为生物质制备乙酰丙酸工艺的改进奠定一定应用基础。

本申请所采取的技术方案详述如下。

一种用于生物质水解制备乙酰丙酸的固体酸催化剂，该催化剂由活性组分、助剂和载体组成，所述活性组分为硫酸化的氧化锆，助剂为氧化镧和/或氧化钼，载体为多孔氧化物分子筛；检测换算后，以重量含量计，较为优选的催化剂组成为：5~20%的硫酸根，3~30%的氧化锆，不超过10%的氧化镧，不超过10%的氧化钼，其它为载体。

所述用于生物质水解制备乙酰丙酸的固体酸催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）制备载体，

将蒸馏水、偏铝酸钠、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和四丙基氢氧化铵（TPAOH）于40~60℃（优选45℃）溶解，搅拌0.5~3小时；

然后加入正硅酸乙酯，于40~60℃（优选45℃）条件下继续搅拌1~3小时；

将混合物溶液装入带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，100~140℃放置24~72小时（优选120℃放置48小时）；

放置结束后将溶液过滤、干燥，400~600℃焙烧4~6小时（优选500℃焙烧5小时），得到多孔氧化物分子筛催化剂载体；该载体具有三维网络骨架并具有呈蠕虫状结构介孔孔道；

（2）负载助剂和活性组分，