[发明专利]一种多酸催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及绿色环保型固体催化剂，特指一种多酸催化剂及其制备方法和用途。将MoO₃、KOH、NH₄VO₃、KCl和水加入烧杯中得到混合溶液，加热后加入盐酸溶液，停止加热后，当温度降到40‑50℃时过滤，滤液陈化过夜，得到黄色针状晶体，即为多酸催化剂。将碱木质素、多酸催化剂、对甲苯磺酸和水加入到高压反应器中，通入氧气，加热搅拌，使碱木质素转化为甲酸。本发明与传统甲酸制备相比，反应物由不可再生的化石能源改为可再生的生物质，使得甲酸的生产具有可持续性，生产过程中没有污染环境的物质参与和生成，绿色环保。

技术领域

本发明涉及绿色环保型固体催化剂，特指一种多酸催化剂及其制备方法和用途。本发明制备的多酸催化剂可用于催化木质素制备甲酸。

背景技术

随着煤、石油等不可再生资源的枯竭，节能减排、保护环境和可持续发展越来越受到人们的重视。为了保护环境节约能源人们将目光集中在可再生资源上，生物质材料及能源逐渐进入人们的视野，生物质产业的发展已经成为我国的重要发展战略。生物质在地球上广泛存在，它是通过利用绿色植物的光合作用所形成的有机物，主要包括糖类(如单糖、淀粉等)、木质纤维素、油脂等，因此，生物质是取之不竭用之不尽的资源宝库。

其中，木质纤维素生物质主要由碳水化合物-木质素组成，在植物中大量存在，如木材、草、竹子、玉米杆和甘蔗。而木质素是仅次于纤维素最丰富的生物质资源，其组成因生物质资源种类的不同而不同。木质素富含-OH基团，这使得它很容易被氧化为甲酸。

甲酸是一种重要的、应用广泛的有机化学品。此外，甲酸还被用作许多氢化反应的氢供体，甚至用于一些重要的生物质氢化。更重要的是，甲酸被认为是未来的储氢载体，因为它可以在温和的条件下分解成氢。考虑到能源分布和储存，氢有可能成为终极能源之一。

目前我国生产甲酸主要采用的工艺为甲酸钠法，最大生产能力为每年32万吨，该工艺生产规模容易调节，但产品浓度仅为85％～90％。而且甲酸钠法具有生产规模小、连续化程度低、成本比较高、副产物难以处理、污染严重等弊端(参考论文张敏等.甲酸用途与生产的研究进展[J].安徽农业科学,2012,40(01):310-313.)。国际上生产甲酸的主流工艺为甲酸甲酯水解法，该工艺不需要加入其它催化剂即可得到甲酸，分离较容易，生产甲酸纯度高，但目前水解工艺技术和设备材质要求比较苛刻，前期投入成本高(参考论文高慧敏等.甲酸生产技术新进展[J].云南化工,2014,41(03):32-36.)。以上两种工艺方法所使用的原料均来自于化石能源，不具有可持续性，且生产过程使用大量的酸和碱，会对环境造成污染。如今大量的研究致力于利用可再生和丰富的生物质资源来生产甲酸。

多金属氧酸盐(POMs)，也称为多酸，具有可控的氧化性、无毒、无污染的特点，是绿色环保型催化剂。反应采用均相多金属氧酸盐催化剂，以氧为氧化剂，在水相中进行。在温度低于100℃的情况下，广泛的生物质可用于这一过程，液相中唯一的产物是甲酸，同时唯一的气态副产品是CO₂。由于完全转化后只能生产这两种产物，这种工艺避免了许多生物炼制反应中常见的问题，比如复杂的产品混合物，包括粘性聚合物或焦油的形成。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种多酸催化剂及其制备方法和用途。

为实现这一目的，通过以下方案予以实施。

催化剂由下列方法制备得到：

将MoO₃、KOH、NH₄VO₃、KCl和水按质量比为1-5:1-5:3-5:4-8:100加入烧杯中得到混合溶液，加热到80～100℃，然后按照混合溶液与盐酸溶液体积比10:1的比例，加入浓度为1-2mol/L的盐酸溶液，停止加热后，当温度降到40-50℃时过滤，滤液陈化过夜，得到黄色针状晶体，即为多酸催化剂。

本发明提供的多酸催化剂催化氧化木质素为甲酸的方法如下：