[发明专利]一种钯钼双金属催化剂及其制备方法、制备设备和用途

说明书

本发明公开了一种钯钼双金属催化剂及其制备方法、制备设备和用途，本发明通过依次制备钠型丝光沸石及氢型丝光沸石，并通过离子交换法得到钯钼双金属催化剂，制得的钯钼双金属催化剂的载体为丝光沸石，活性组分为钯和钼。在水热条件和氮气气氛下，所述钯钼双金属催化剂可直接催化纤维素源得到较高收率的5‑羟甲基糠醛。本发明还公开了钯钼双金属催化剂的制备设备，包括：反应皿移动模块、加料搅拌模块、过滤洗涤模块、马弗炉、反应皿，所述设备可在计算机控制下，将反应皿按照特定的流程进行添加溶液、添加固态试剂、搅拌、过滤、洗涤、干燥和焙烧等操作。

技术领域

本发明属于固体催化剂技术领域，具体涉及一种用于催化纤维素源直接水解制备5-羟甲基糠醛的钯钼双金属催化剂及其制备方法和制备设备。

背景技术

当前资源危机和环境污染问题已经成为影响世界各国的全球性问题。生物质作为唯一的可再生碳源，被期望得以能源化利用从而替代化石能源。纤维素是最丰富的生物质资源，具有最简单的结构组成，可循环再生且易生物降解，价格低廉。因此，将纤维素通过化学法或发酵处理，进而将其转化为高附加值的化学品或燃料具有非常重要的实际意义。

5-羟甲基糠醛是一种可由单糖在酸性条件下脱水制得的高附加值平台化合物，其衍生物可作为多种精细化学品和新型高分子材料的化工原料。目前纤维素制备5-羟甲基糠醛的主要手段为离子液体催化剂、液体酸、金属离子等均相催化或有机溶剂与固体酸催化剂的非均相催化，表现出较好的催化效果，而水溶液中的转化效率则相对较差。但是，离子液体、液体酸、金属离子和有机溶剂的使用，一方面成本较高，而且造成设备腐蚀及二次污染等环境问题，严重制约其工业化应用。因此，解决纤维素生物质制备5-羟甲基糠醛的关键是寻求高效的绿色溶剂和催化剂。

一般认为，纤维素水解生成5-羟甲基糠醛要经历纤维素水解为葡萄糖、葡萄糖异构化为果糖和果糖脱水形成5-羟甲基糠醛三个主要过程。纤维素和葡萄糖水解制备5-羟甲基糠醛的产率较低，而果糖在极少量酸的催化作用下即可生成高产率的5-羟甲基糠醛。因此，葡萄糖异构化为果糖的过程被认为是纤维素或葡萄糖水解制备5-羟甲基糠醛的主要限制步骤。Roman-Leshkov等将Sn-Beta用于催化葡萄糖异构化果糖反应并取得较好的催化效果，结果表明金属Sn中心能够与开环葡萄糖分子中相邻的羟基和羰基形成环状中间体，有利于氢的迁移，从而降低该反应活化能，有利于该异构化反应的进行（Roman-Leshkov. Y,Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 8954）。

目前，用于直接催化纤维素制备5-羟甲基糠醛的钯钼双金属活性中心催化剂还未见报道。通过双金属活性中心的协同效应改变催化活性位点制备的钯钼双金属催化剂，可在绿色环保的水相中催化纤维素水解直接得到高产率的5-羟甲基糠醛。

此外，合成钯钼双金属催化剂用于直接催化纤维素源制备5-羟甲基糠醛作为一个全新的实验方案，目前需要人工进行实验制备，由于整个实验流程时间较长，需要人员长时间进行值守及操作。当前在流程化化学反应的容器主要为反应釜，但反应釜无法进行同等效应的焙烧的流程工作，同时为了加强对实验时间及流程进行控制，降低人为因素干扰对实验造成的影响，催化剂制备过程适合于利用自动化设备进行实验。但当前还未发现适用于该合成过程的实验设备。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于，提供一种用于催化纤维素直接水解制备5-羟甲基糠醛的钯钼双金属催化剂，该催化剂具有较强的热力学稳定性和化学稳定性。

本发明的另一目的是提供钯钼双金属催化剂的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种制备钯钼双金属催化剂的设备，自动化控制程度高，能够降低人员使用率，且实验重复性高。

本发明的另一目的是提供一种钯钼双金属催化剂的用途，可直接催化水解纤维素源制得5-羟甲基糠醛，且对纤维素源水解制备5-羟甲基糠醛有较好的产率和选择性。

为了达到上述发明目的，进而采取的技术方案如下：