[发明专利]一种用于合成羟基特戊醛的固体碱催化剂的制备及其应用

说明书

本发明提供了一种用于合成羟基特戊醛的固体碱催化剂及其应用。本方法提供的催化剂，其化学式为MgO‑SnO₂，当MgO与SnO₂的质量比为1:1时催化性能最佳。其制备方法为溶胶凝胶法，凝胶老化在常温下进行，克服了现有制备方法中在密闭容器中高温老化的问题，制备条件温和，避免了在密闭容器中高温老化的操作。本催化剂催化的羟醛缩合生产羟基特戊醛的反应在固定床反应器中进行，异丁醛的转化率和羟基特戊醛的选择性均高于95％。该催化剂制备反应流程操作简单，反应条件温和，反应温度低。该催化剂催化合成羟基特戊醛时无需分离产物和催化剂，能够满足甲醛和异丁醛制备合成羟基特戊醛的工业化实现的要求。

技术领域

本发明属于催化剂制备领域，尤其是涉及一种合成羟基特戊醛催化剂及其制备方法。

背景技术

羟基特戊醛，化学名称2,2-二甲基-3-羟基丙醛(简称HPA)，是羟基特戊酸、羟戊胺、螺二醇等化合物的反应中间体，同时还可以作为合成新戊二醇的重要有机中间体。新戊二醇是一种重要的化工中间体，广泛用于生产表面活性剂、聚酯类树脂、聚氨酯、粉末涂料及合成润滑油。目前，国内外生产HPA的方法主要通过甲醛、异丁醛在催化剂条件下发生羟醛缩合反应得到；主要应用的催化剂包括碱金属氢氧化物、有机胺类化合物、阴离子交换树脂、碱性离子液体等。

碱金属或碱土金属氧化物催化剂是常见的固体碱催化剂，当向其中引入二氧化锡时，锡元素可提高碱土金属氧化物的强度、碱量和机械强度等性能；再加上二氧化锡本身存在的晶体结构缺陷，锡掺杂的碱土金属氧化物表现出优异的催化性能，因此对其展开性能及制备的研究具有重要的意义。专利CN102247827B中介绍了一种包含氧化镁和氧化锡的固体碱催化剂，该催化剂采用溶胶凝胶法制备，制备过程中需要添加表面活性剂，并且需要在密闭环境下高温老化，使得催化剂的制备成本提高。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种包含氧化镁和氧化锡的固体催化剂的制备方法，以解决现有催化剂存在的制备工艺复杂、成本昂贵等问题。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

所述催化剂的化学式为MgO-SnO₂，采用溶胶凝胶法制备，概括为：将镁盐、锡盐溶液混合均匀后，再与碱性溶液混合，混合反应的终点pH值为11，经搅拌、常温老化、过滤、洗涤、干燥、粉碎、焙烧、成型、再焙烧，最终制得目标催化剂。

具体的制备步骤为：

S1.将一定质量的镁盐和一定质量的锡盐加入到1000份质量的去离子水中，混合均匀。所述镁盐为111-259质量份数，优选170-190质量份数；所述锡盐为52-121质量份数，优选70-90质量份数。

S2.将20％质量分数的碱性溶液滴加到S1中所得混合溶液中，首先调节pH至8，搅拌1小时，继续滴加20％质量分数的碱性溶液至11，搅拌1小时，常温下老化12小时；所述碱性溶液为1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷，或4-二甲氨基吡啶的乙醇水溶液中至少一种，优选4-二甲氨基吡啶的乙醇水溶液；其中水和乙醇的质量比为4:6-6:4。

S3.将S2中所得产物过滤，用水和乙醇洗涤。

S4.将S3中产物在120℃下空气气氛中干燥12小时，粉碎后压片成型。

S5.经一定温度下空气气氛中焙烧4小时，制得MgO-SnO₂催化剂；所述的焙烧温度范围为400-800℃，优选400-500℃。

作为本发明的一种具体实施方式，所述镁盐选用硝酸镁，所述锡盐选用四氯化锡。

采用上述方法制得的固体催化剂，其中MgO与SnO₂的质量比的范围为(3:7)-(7:3)，以MgO与SnO₂的质量比为1:1时的催化效果最佳。