[发明专利]用于合成羟基新戊醛的复合镁基类氧化物催化剂及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合镁基类氧化物固体碱催化剂及方法，使甲醛和异丁醛缩合生成羟基新戊醛。

背景技术

羟基新戊醛全称为2，2-二甲基-3-羟基丙醛（简称HPA），是由甲醛和异丁醛在碱性催化剂的催化作用下经羟醛缩合反应得到的一种重要的中间体，因其含有亲水基团羟基和醛基，使其衍生物具有优良的耐热性、耐水解性、耐紫外线照射和耐化学性，是合成多种精细化学品的重要中间体，已被广泛应用到汽车、医药、纺织、塑料、涂料等领域，具有广泛的应用前景。

目前工业合成羟基新戊醛大多采用液体碱性催化剂，如无机碱溶液催化剂：氢氧化钠水溶液、碳酸钠水溶液或它们的混合水溶液，又如有机碱溶液催化剂：三乙胺或三甲胺等。无机碱溶液催化剂具有价格低廉、反应温度低的特点，但存在设备腐蚀性强、污染环境、产品含有无机钠盐且难分离的缺点。有机碱溶液催化剂特别是三乙胺具有较高的催化活性和选择性，设备腐蚀小等特点，但在有机胺催化作用下，羟基新戊醛易与甲醛发生康尼查罗反应生成难分离的副产物，且产物中的有机胺催化剂难以去除。

无机固体碱作为催化剂具有高活性、高选择性、反应条件温和、产物易分离、可循环使用和环境友好等诸多优点。近年来，越来越多的研究者注意到固体碱催化剂在催化剂领域中的重要地位，因而对它的研究也方兴未艾。世界专利W09735825提出采用MgO催化甲醛和异丁醛缩合制羟基新戊醛，该催化剂来源广泛，廉价易得，异丁醛转化率高，但反应选择性低，抗水性差，不能重复利用。中国专利CN102417443A报道一种磷灰石类固体碱催化合成羟基新戊醛的方法，使用该催化剂异丁醛转化率可达到95%，产物收率可达到85%，但催化剂成分、制备工艺复杂，机械强度低，稳定性差，不适合工业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有液体碱催化生产羟基新戊醛技术中存在选择性低、能耗高、污染大、产物分离难的技术难题，提供一种新的用于合成羟基新戊醛的复合镁基类氧化物催化剂，该催化剂用于甲醛与异丁醛的缩合反应中具有选择性高、对环境友好、产物易分离和催化剂可循环使用的优点。本发明所解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的催化剂用于合成羟基新戊醛的方法。

为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种用于合成羟基新戊醛的复合镁基类氧化物催化剂，化学式为：

［MgO］_x·［AO_a］_y

式中A选自过渡金属元素或碱土金属元素中的至少一种，x：y=1：1～20：1；a为A价数的1/2；

催化剂的比表面积为20～350米²/克，总孔容为0.1～0.9毫升/克；孔直径＜10纳米的孔容占总孔容的5～60%，孔直径10～30纳米的孔容占总孔容的30～80%，孔直径＞30纳米的孔容占总孔容的10～50%。

上述技术方案中，催化剂的比表面积优选为50～310米²/克，总孔容优选为0.15～0.7毫升/克；孔直径＜10纳米的孔容优选占总孔容的10～45%，孔直径10～30纳米的孔容优选占总孔容的45～75%，孔直径＞30纳米的孔容优选占总孔容的15～40%。

上述技术方案中，A优选为选自元素周期表中ⅠB、ⅡA、ⅡB、ⅢA、ⅣB或ⅥB中的至少一种元素，其中选自元素周期表中ⅠB的元素更优选为锂，选自元素周期表中ⅡA的元素更优选为钙或钡，选自元素周期表中ⅡB的元素更优选为锌，选自元素周期表中ⅢA的元素更优选为铝，选自元素周期表中ⅣB的元素更优选为钛或锆，选自元素周期表ⅥB的元素更优选为钼。

上述技术方案中，x：y优选为5：1～15：1。

为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：以甲醛水溶液、异丁醛和溶剂为原料，在反应温度为30～90℃，反应压力为0.01～1MPa，甲醛与异丁醛的摩尔比为0.5:1～2.0:1，反应时间为2～6小时的条件下，原料与催化剂接触发生缩合反应，生成羟基新戊醛；其中，溶剂选自C₁～C₆醇类中的至少一种，催化剂用量为甲醛水溶液、异丁醛和溶剂总质量的0.05%～20%；所用催化剂的化学式为：

［MgO］_x·［AO_a］_y

式中A选自过渡金属元素或碱土金属元素中的至少一种，x：y=1：1～20：1；a为A价数的1/2；