[发明专利]一种催化2-甲基呋喃选择性转化为1,4-戊二醇的方法

说明书

本发明提供一种催化2‑甲基呋喃选择性转化为1,4‑戊二醇的方法。该应用以2‑甲基呋喃为原料，用负载型铂基双金属催化剂催化2‑甲基呋喃加氢转化，其中PtNi₅/MWNT催化剂，在2MPa H₂和120℃条件下，在乙醇/H₂O(体积比＝1.5:2.0)溶剂中一锅氢化2‑甲基呋喃，2‑甲基呋喃的转化率为98％，1,4‑戊二醇的产率为69％，该产率优于目前报道的大多数催化剂。本发明制备过程简单，无需外加酸、碱性助剂，原料可再生，催化剂具有高活性及稳定性，反应条件更加温和，一定程度上降低了能量消耗，对环境更为友好，可部分缓解如今全球面临的能源问题。因此，本发明在工业生产中具有广阔的应用潜力。

技术领域

本发明属于生物质能源催化领域，涉及一种催化生物质衍生物2-甲基呋喃加氢制备精细化学品1,4-戊二醇的方法，特别涉及一种多活性组分催化剂，该催化剂可以有效催化2-甲基呋喃选择性氢解制备1,4-戊二醇。

背景技术

在能源和化学工业中，化石碳源越来越多地被可再生碳质材料所取代，以减少温室气体二氧化碳的排放，从而减缓全球变暖。木质纤维素生物质是一种丰富且可再生碳资源，在化学品和燃料生产中有望替代传统的不可再生化石资源。木质素、纤维素和半纤维素来源于木质纤维素生物质，它们可以解聚成各种平台化合物，这些平台化合物可以进一步升级为高价值的化学品和燃料。

2-甲基呋喃是最具潜力的生物质基平台化合物之一，它是一种重要的化学中间体，可用作溶剂和原料，广泛应用于生产抗疟药物(氯喹)、菊酯类农药、香精香料、氮和硫官能团化杂环以及官能团取代脂肪族化合物。此外，2-甲基呋喃可以转化为许多衍生物和下游产品，例如：2-甲基呋喃还可以通过C＝C加氢制得2-甲基四氢呋喃，或通过C-O键的氢解制得C₅醇。

1,4-戊二醇是一种具有广阔应用前景的二元醇，在化工、制药、食品等领域都是比较重要的原材料，可作为生产聚酯的单体、医药中间体和化妆品，需求量巨大。目前，文献中已经报道的研究主要集中以γ-戊内酯或乙酰丙酸酯为原料制备1,4-戊二醇，并且是通过均相催化剂三价钌金属和膦配体形成的金属配合物体系催化该反应过程(Green Chem.,2012,14,935；J.Am.Chem.Soc.,2011,133,14349；Green Chem.,2018,20,1770)。但是均相催化面临难回收、循环利用困难，催化剂制备步骤复杂或反应中添加酸催化剂等缺点，而且后续的产物分离纯化也比较困难。负载型催化剂能够有效地避免这些问题，且负载型双金属催化剂对于2-甲基呋喃选择性加氢具有较高的活性和选择性。此外，乙酰丙酸酯或γ-戊内酯的可获得性和当前价格大大限制了它们的实际应用。

因此，选择廉价易得的原料和开发更加合适的催化剂是关键。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种负载型铂基双金属催化剂。

本发明还提供一种负载型铂基双金属催化剂的制备方法，利用该制备方法得到的多壁碳纳米管负载铂镍双金属催化剂(PtNi₅/MWNT)，能够在温和条件下实现2-甲基呋喃高转化率和1,4-戊二醇的高选择性。

本发明提供如下技术方案：一种催化2-甲基呋喃选择性转化为1,4-戊二醇的方法，包括以下步骤：

(1)载体的制备：圆底烧瓶中加入多壁碳纳米管和浓硝酸，按照每克碳纳米管加入100mL硝酸的比例加入浓硝酸，将圆底烧瓶安装在油浴锅中，搅拌，冷凝回流；纯化结束后，迅速加入去离子水降温并且稀释酸浓度，反复清洗抽滤碳纳米管直到最终滤液呈中性，并在70-90℃下干燥8-12h；取出烘干的碳纳米管，放入研钵中研磨，过筛后制成碳纳米管载体；