[发明专利]一种多孔纳米羟基磷灰石负载纳米金催化剂的制备方法及其用途

说明书

本发明属于纳米催化技术领域，公开了一种多孔纳米羟基磷灰石负载纳米金催化剂的制备方法及该催化剂催化氧化1,2‑丙二醇制取乳酸的用途。本发明的技术方案为：采用化学沉淀还原法，把纳米金负载在多孔羟基磷灰石上，形成更多的催化活性中心，制取的纳米金负载羟基磷灰石催化剂所用的还原剂为85％的水合肼。催化氧化1,2‑丙二醇的反应过程为配置一定浓度的1,2‑丙二醇的水溶液，加入一定量的氢氧化钠，再加入一定量的催化剂，然后检查反应器的气密性。用氮气吹扫，排除空气；再迅速升温，在即将到达反应温度时，通入氧气；调节转速为500r/min。反应结束后，用气相色谱仪测反应后1,2‑丙二醇的转化率；加酸酸化以后用高效液相色谱测各种产物的选择性。

技术领域

本发明属于纳米催化领域，涉及一种多孔纳米羟基磷灰石负载纳米金催化剂的制备方法及催化氧化1,2-丙二醇制备乳酸的用途。

背景技术

乳酸是碳水化合物生物催化过程中产生的，是功能性聚合物和可降解塑料的基本原料之一，在工业领域有着广泛的应用。乳酸制备方法有生物制备法和化学制备法。生物制备法主要是利用糖类碳水化合物发酵技术制备。但该法反应速率低，耗水量大，工业分离的成本较大。而且反应过程中会产生大量生物污泥，造成一定的环境污染。化学法制备乳酸有采用乙腈和氨氯酸反应再用硫酸水解的方法制备乳酸，但该方法对环境污染较大，不适合长期大规模生产。另一种化学生产方法是用生物可再生的甘油、1,2-丙二醇等有机质生物原料在催化剂的催化下氧化反应生成乳酸。这种方法对环境不会造成环境污染，生产成本较低，是一种经济环境友好型方法。

1,2-丙二醇是生物质可再生能源的副产物之一，是一种无毒、廉价、高需求的化学品。1,2-丙二醇很容易通过甘油解反应或碳酸二甲醋联产丙二醇反应中获得，传统的1,2-丙二醇生产工艺还有酯交换法、环氧丙烷直接水合法、1,2-二氯丙烷法、丙烯催化氧化法四类。因此，1,2-丙二醇可再生而且成本较低，是生产乳酸很好原料。1,2-丙二醇在催化剂的作用下可以氧化成醛、羧酸等，乳酸是1,2-丙二醇的重要的下游化工产品之一。

1,2-丙二醇氧化制取乳酸主要的催化剂有Cu、Au、Ag、Ni、Pt、Pd等单金属催化剂，但是单金属催化剂受制于其形貌和粒径的影响，催化效果不稳定，双金属CuAu、 AuPd、CuPd等催化剂的乳酸选择性不是很高，会有许多副产物的产生。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明制备了一种多孔纳米羟基磷灰石负载纳米金单金属催化剂，并用于选择催化氧化1,2-丙二醇制取乳酸。该催化剂用量少，高活性，并具有良好的使用稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种多孔纳米羟基磷灰石负载纳米金催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)多孔纳米羟基磷灰石HAP的制备：

按比例将Ca(NO₃)₂溶液和H₃PO₄溶液混合，然后置于30-40℃恒温水浴锅中保持温度恒定，反应过程中使用氨水溶液调整反应溶液体系的pH，并保持pH不变；然后加入造孔剂，搅拌4-6h后，将溶液转移到聚四氟乙烯的水热釜中，水热反应结束后，将所得溶液进行抽滤，用蒸馏水洗涤直到滤液的电导率低于2mS/m，恒温箱中干燥，得到白色粉末即是多孔纳米羟基磷灰石HAP；Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，英文名为Hydroxyapatite，简写为HAP；

(2)采用化学还原法制备Au/HAP催化剂：

将步骤(1)制备的HAP超声分散于聚乙烯醇乙醇溶液中，为溶液A；

将氯金酸溶解于聚乙烯醇乙醇溶液中，为溶液B；