[发明专利]一种负载三氟甲磺酸锌的催化剂、制法及应用

说明书

技术领域

本发明属于新介孔催化材料领域，具体涉及一种负载三氟甲磺酸锌的SBA-15介孔材料及其制备方法和应用。该新型介孔材料催化1，2-环氧丙烷与醛或酮反应生成4-甲基-1，3-二氧戊环类化合物，例如催化1，2-环氧丙烷与丙酮反应得到在食品工业中所用的食用香料2，2，4-三甲基-1，3-二氧戊环(即丙酮-1，2丙二醇缩酮，天然存在于西红柿中)。

背景技术

介孔材料SBA-15是一种新型介孔分子筛，该材料具有高度有序的大孔径(6-30nm)、孔体积(1.5cm³/g)、较厚的孔壁(2-6nm)保持的高机械强度以及良好的催化吸附性能(Triblock Copolymer Syntheses of Mesoporous Silica withPeriodic 50 to 300 Angstrom Pores.D.Y.Zhao，J.L.Feng，Q.S.Huo，N.Melosh，G.H.Fredrickson，B.F.Chmelka，G.D.Stucky，Science 279(1998)548；赵东元，余承忠，余永豪.一种介孔分子筛载体材料的制备方法，CN1341553A)。目前以其为基础的主客体组装复合体系逐渐成为科学界关注的焦点，即将均相催化剂负载在介孔材料上，可制备出一种非均相的新型介孔材料。该新型介孔材料没有腐蚀性，容易与产品分离，对环境无污染或污染小，是一种均相催化多相化的环境友好型新材料。介孔材料SBA-15孔道内可组装多种化合物，如杂多酸、硫化镉、硫酸锆以及有机钯化合物等。

发明人在实验中将三氟甲磺酸锌Zn(CF₃SO₃)₂负载到介孔材料SBA-15上具有良好的负载性能，合成出SBA-Zn(OTf)₂催化性能较强，将它用于催化1，2-环氧丙烷与醛或酮反应生成4-甲基-1，3-二氧戊环类化合物并制备出食品工业的香料2，2，4-三甲基-1，3-二氧戊环(即丙酮-1，2丙二醇缩酮，天然存在于西红柿中。参见网络版中国食品百科全书)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种负载三氟甲磺酸锌的介孔材料、及其制备方法，并提供利用该介孔材料催化1，2-环氧丙烷后制备出食品工业的香料2，2-二甲基-4-甲基-1，3-二氧戊环的反应工艺。这类介孔材料能催化1，2-环氧丙烷与醛或酮反应生成4-甲基-1，3-二氧戊环类化合物，简化了生产香料4-甲基-1，3-二氧戊环类化合物的合成步骤。

本发明提供的负载三氟甲磺酸锌催化剂的表达式为SBA-Zn(OTf)₂，其中(Zn(OTf)₂)代表三氟甲磺酸锌Zn(CF₃SO₃)₂，其为具有较好催化性能的强路易斯酸，SBA代表负载三氟甲磺酸锌的载体-介孔材料SBA-15。

本发明一种在介孔材料SBA-15上负载三氟甲磺酸锌的催化剂(SBA-Zn(OTf)₂)，在介孔材料SBA-15的外表面和内孔道负载三氟甲磺酸锌，经x荧光分析样品Zn的含量为2.4％。

本发明还提供一种在介孔材料SBA-15上负载三氟甲磺酸锌催化剂的制备方法，其步骤如下：

将孔径为6-7nm的介孔材料SBA-15在25-200℃下真空干燥1～24小时，冷却至室温后，称取经上述处理的介孔材料SBA-15、丙酮以及三氟甲磺酸锌并且将它们放入具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，介孔材料SBA-15、丙酮以及三氟甲磺酸锌的质量比为1∶1～20∶0.5～2，封闭反应釜，在油浴温度范围为25-150℃条件下搅拌1-72小时，优选油浴温度范围为45-80℃条件下搅拌15-30小时。冷却至室温后，离心分离后在25-200℃下真空干燥1-24小时除去杂质，得到固体产物SBA-Zn(OTf)₂。

本发明提供在介孔材料SBA-15上负载三氟甲磺酸锌催化剂的的应用，催化1，2-环氧丙烷与醛或酮反应生成4-甲基-1，3-二氧戊环类化合物。优选的应用是催化1，2-环氧丙烷与丙酮反应生成2，2，4-三甲基-1，3-二氧戊环(丙酮-1，2丙二醇缩酮)。