[发明专利]氧化铁制备及催化乳酸制备丙酮酸的方法

说明书

本发明属于丙酮酸制备技术领域，具体涉及氧化铁制备及催化乳酸制备丙酮酸的方法。本发明以九水硝酸铁为铁源加入到尿素和水，通过加热、煅烧等操作得到铁基氧化物催化剂。并进一步优化了适用于该催化剂催化乳酸制备丙酮酸的方法，采用固定床反应器，通过调控乳酸进料量、空气流速、反应温度等参数来制备得到丙酮酸。本发明制备氧化铁的方法操作简单，成本低廉，制备得到的氧化铁催化效率高。在催化乳酸制备丙酮酸时，乳酸的转化率最高可达95.6％，丙酮酸的选择性达到80.9％。

技术领域

本发明属于丙酮酸制备技术领域，具体涉及氧化铁制备及催化乳酸制备丙酮酸的方法。

背景技术

丙酮酸作为一种新型医药、农药和日化中间体，国内外市场需求增长极其迅速，价格居高不下。中国丙酮酸系列产品主要以出口为主。随着人民生活水平的不断提高，丙酮酸系列产品在国内市场的需求会逐渐扩大，尤其是作为减肥药原料发展很有前途。此外，在其他医药方面需求也比较强劲。而且随着其技术工艺的不断完善，生产成本下降空间较大，因此丙酮酸发展前景十分广阔。迄今为止，丙酮酸的化学合成方法主要有：酒石酸(盐)法、丙二醇法、丙酮法、羟基丙酮法、乳酸(酯)氧化法等。天然丙酮酸的合成主要采用发酵方法，但该方法丙酸收率低、分离成本高。但是乳酸空气氧化法这一方法因为发酵法生产乳酸的主要原料为资源丰富的玉米淀粉，产物得率高，成本低，而且今后还能使用更廉价的植物纤维水解物等作为乳酸生产的原料，乳酸将是成本很低廉的发酵工业产品。而且作为氧化剂的空气，其价格是很低的。因此只要能找到一种高效、低耗而且廉价的催化剂，以乳酸为原料直接氧化脱氢制备丙酮酸的经济效益将会很可观。探索一种成本低的、高效的丙酮酸的合成方法在当下具有紧迫性。乳酸系典型的玉米发酵产物，用其作为原料生产丙酸为一条清洁的生产工艺路线。该路线获得的丙酮酸具有天然丙酮酸酸的特征，完全适合用作医药、日化中间体。

以乳酸为原料合成丙酮酸研究的文献较少。2013年，Lomatea等(Journal ofMolecularCatalysis A:Chemical 377(2013)123-128)报道了以镍铌混合氧化物为均相催化剂，采用气固反应催化合成丙酮酸。在调节镍铌比例的条件下，丙酮酸的最高收率可达15％。2017年，Wang等(Applied Catalysis A:General533(2017)59-65)报道了铂铅催化剂负载不同的碳材料载体，采用气固反应催化合成丙酮酸，丙酸的收率可达60％左右。但总体上来说，以上这些催化剂的存在反应选择性较低，副产物复杂，同时催化剂稳定性也不高等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种催化剂，提高以乳酸为原料合成丙酮酸的收率。

本发明的技术方案是氧化铁的制备方法，包括如下步骤：

a、以九水硝酸铁为铁源加入到尿素和水中，加热搅拌至溶液为透明溶液；

b、步骤a得到的透明溶液转至聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，120℃中加热6～8h；

c、自然冷却，过滤得到固体物质，用去离子水和无水乙醇多次洗涤，在在50～80℃中干燥3～8h；在空气氛围下400～900℃煅烧3h，得到氧化铁。

其中，步骤a中九水硝酸铁用量以铁元素计为0.001～0.01摩尔，尿素的用量为0.02～0.06摩尔。

优选的，步骤a中九水硝酸铁用量以铁元素计为0.008摩尔，尿素的用量为0.036摩尔。

其中，步骤c中煅烧温度为500～900℃。

进一步的，步骤c中煅烧温度为500～600℃。

最优选的，步骤c中煅烧温度为500℃。

本发明还提供了所述方法制备得到的氧化铁。

进一步的，所述氧化铁的晶型中{001}晶面占比不低于28.6％。