[发明专利]一种用于生物质甘油一步法制备乳酸甲酯的催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明公开一种用于生物质甘油一步法制备乳酸甲酯的催化剂及制备方法和应用，以微孔Sn‑Beta分子筛为核、介孔MCM‑41分子筛为壳的“核壳”型双功能分子筛负载Au催化剂，兼具优异的氧化脱氢性能和先进的Lewis酸性等特点，合成路线简单、成本低廉且水热稳定性高，在甘油一步法制备乳酸甲酯的反应中表现出优异的催化活性、选择性和循环使用性，是一例兼具高活性、稳定性以及低成本的贵金属–Lewis酸催化体系，有望替代传统工艺应用于乳酸烷基酯的工业生产中。

技术领域

本发明涉及乳酸甲酯制备技术领域，更加具体地说，涉及使用生物质甘油一步法制备乳酸甲酯的催化剂及应用方法。

背景技术

近年来，从生物质资源到高附加值化学品和生物燃料的高效催化转化途径的研究引起了工业界和学术界的密切关注。其中，将生物质衍生的碳水化合物转化为乳酸和乳酸烷基酯是最重要的研究对象之一(E.V.Makshina,J.Canadell,J.van Krieken,E.Peeters,M.Dusselier and B.F.Sels,ChemCatChem,2019,11,180～201；P.-Arvela,I.L.Simakova,T.Salmi,D.Y.Murzin,Chem.Rev.,2014,114,1909～1971；M.Dusselier,P.V.Wouwe,A.Dewaele,E.Makshina,B.F.Sels,EnergyEnviron.Sci.,2013,6,1415～1442)。乳酸甲酯是一种羟基羧酸类化合物，因其无毒无害的“绿色溶剂”特性，广泛应用于医药、树脂涂料、印刷油料、化妆品、饮料、清洗剂等行业，同时也是制备聚乳酸等大宗化学品的重要原料。传统的乳酸甲酯生产工艺是利用乳酸和甲醇为原料进行酯化反应后制得。到目前为止，全球市场总量90％以上的乳酸是利用微生物对碳水化合物发酵进行生产，然而，该生产工艺的缺点在于微生物活性高度依赖体系的酸碱性，生产过程中为了避免微生物失活，发酵过程需要持续添加碱性物质中和酸性产物，因此该工艺会产生大量盐类废水，面临严峻的环境排放压力。此外，后续繁琐的重结晶、分离、酯化以及纯化环节对生产效率和生产成本控制(占据总成本50–60％)也是极大的挑战。另一方面，后期酯化用的硫酸催化剂会使乳酸分子发生脱水和碳化等副反应，导致产物产率低、色泽较深，且硫酸的应用面临工业“三废”、环境污染等问题。因此，探索和开发一条高效、绿色的乳酸甲酯的制备工艺迫在眉睫。