[发明专利]一种从纤维素制备5-羟甲基糠醛的催化剂的制备方法

说明书

一种从纤维素制备5‑羟甲基糠醛的催化剂的制备方法，其特征在于：以葡萄糖，纤维素，树皮等生物质资源为原料，含有金属镍的化合物为原料，水热条件下制备得到镍掺杂的生物质基碳复合物，后在惰性气体氛围下高温碳化，得到镍掺杂炭基催化剂，得到的催化剂具有L‑型和B‑型双酸型活性位点，同时具有发达的孔隙结构。在氢气氛围的水热环境下，将此催化剂用于纤维素催化降解反应，产物5‑羟甲基糠醛具有较高的收率，催化剂循环使用性能好。本操作工艺的主要特点为利用生物质资源制备的炭基催化剂催化降解生物质得到高附加值平台化合物，充分利用环保廉价易得的生物质资源，催化反应过程操作简单，产率高。

所属技术领域：

本发明涉及纳米催化剂制备领域，特别是涉及一种从纤维素制备5-羟甲基糠醛的催化剂的制备方法

背景技术：

5-羟甲基糠醛是一种纤维素降解制备乙酰丙酸的平台化合物，是合成精细化学品和呋喃类聚合物的重要中间体，同时也是用于制药的有效活性组分。5-羟甲基糠醛被认为是生物质化工，石油化工和有机化学等领域的主要中间体，因此寻求有效绿色的路径由纤维素制备5-羟甲基糠醛具有实际的意义和价值。

当以水为媒介的反应温度高于200℃时，反应物同时发生热降解和水解反应，称为“水热降解”。研究指出，发生水热降解反应时，即使没有催化剂的添加，纤维素仍然表现出较高的转化率，通过调节反应温度和压力又能直接影响转化率，但是在无催化剂添加的条件下，产物的选择性较差。酸性催化剂广泛被用作增强纤维素催化转化中5-羟甲基糠醛的转化率和产率，以生物质资源为原料制备的炭材料表面具有丰富的含氧官能团，表现出一定的酸性性质，金属的添加能够促进发达孔隙的生成，利于催化反应媒介的运输。因此，探索制备金属掺杂的生物质基炭催化剂，用来催化降解纤维素制备5-羟甲基糠醛具有指导性的意义。

公开号为CN103028424A的中国专利介绍了一种用于5-羟甲基糠醛合成的固体酸催化剂的制备方法，将氧化物溶于去离子水中，然后用沉淀剂使其沉淀完全，陈化后，洗涤过滤烘干，然后将沉淀物浸泡在硫酸溶液或者铬溶液中，浸渍后，焙烧得到固体酸催化剂，可以用于合成5-羟甲基糠醛，具有较高的得率。催化剂的主要活性组分是硫酸根粒子和铬粒子，对环境造成一定的负担。

公开号为CN106810518A的中国专利介绍了一种由葡萄糖制备5-羟甲基糠醛的方法，将原料葡萄糖，有机溶剂，复合催化剂和水混合均匀后置于反应器，常压下加热反应制备5-羟甲基糠醛。其中复合催化剂由硼酸和氯化物(包括氯化钾，氯化钙，氯化镁，氯化钠，氯化铝，氯化锌，氯化镍，氯化锰等无机盐中的一种或两种以上复合而成)组成，该法采用的催化剂无强酸添加，反应条件比较温和，成本相对较低。但是催化剂中氯化物的种类和与硼酸的比例对催化效果影响较大，波动范围较大。

公开号为CN106467507A的中国专利提供了一种5-羟甲基糠醛的制备方法，在固体酸催化剂的催化作用下，碳水化合物在金属盐，水和四氢呋喃组成的双液相体系中，经反应得到5-羟甲基糠醛，金属盐包括氯化钠，硫酸钠和硝酸钠中的任一种，催化剂选用分子筛和铌酸的多相催化体系，利于催化剂分离。但是体系涉及催化剂，金属盐，四氢呋喃等多项试剂和化学药品，增加了反应成本。

公开号为CN101812039A的中国专利提供了一种离子液体催化生成5-羟甲基糠醛的方法，先将反应物溶于有机试剂中(包括乙醇，甲醇，二甲基亚砜，N,N二甲基甲酰胺，N,N二甲基甲酰胺-卤化盐体系等)，再加入一定比例的离子液体，后在惰性气体氛围下，70-120℃反应2小时，中和反应溶液，过滤干燥，蒸馏得到产物5-羟甲基糠醛，该反应属于均相催化反应，催化剂添加量少，产率高。但是反应步骤繁琐，需要蒸馏等过程，对离子液体催化剂的阴阳离子种类选择较复杂，有机试剂也对环境带来一定负担。