[发明专利]用于制备2,5-二甲基呋喃的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂领域，涉及一种用于制备2,5-二甲基呋喃的催化剂及其制备方法。

背景技术

5-羟甲基糠醛来源于丰富的C6糖，是一种重要的平台化合物，可以加氢得到2,5-二甲基呋喃，如图1所示。2,5-二甲基呋喃的能量密度为30MJ/L，沸点为92～94℃，辛烷值为119，同乙醇相比，是一种更为有前景的燃料替代品(Nature[J].2007,447,982.)。

目前，制备2,5-二甲基呋喃的催化剂有CuRu/C、Pd/C、Ru/Co₃O₄、Ru/C、PtCoHCS等。贵金属的使用，使得2,5-二甲基呋喃的生产成本较高。近年来，傅尧等在文章(ChemSusChem[J].2014,7,1068.)及专利公开CN103554066A中，采用Ni基催化剂在180℃条件下催化5-羟甲基糠醛加氢，虽然该催化剂能够高选择性地得到2,5-二甲基呋喃，但催化剂活性组分同时包括碳化钨，也具有较高的生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于制备2,5-二甲基呋喃的催化剂及其制备方法。

本发明提供的用于制备2,5-二甲基呋喃的催化剂，为由铜元素、金属元素M和氧元素组成的铜基催化剂I或II；

其中，所述铜基催化剂I中，所述金属元素M为Zn；

所述铜基催化剂II中，所述金属元素M为Zn和Al元素；

所述铜基催化剂I中，铜元素与锌元素的摩尔比为1-4：1；

所述铜基催化剂II中，铜元素、锌元素和铝元素的摩尔比为1-4：1：1。

所述铜基催化剂I中，铜元素与锌元素的摩尔比具体可为2：1、3：1、4：1；

所述铜基催化剂II中，所述铜基催化剂II中，所述铜元素、锌元素与铝元素的摩尔比具体可为1：1：1。

本发明提供的制备所述铜基催化剂的方法，包括如下步骤：

按照所述铜基催化剂中铜元素与所述金属元素M的化学计量比，将铜元素的硝酸盐的水溶液和所述金属元素M的硝酸盐的水溶液与碱的水溶液进行共沉淀反应，反应完毕得到矿物盐前驱体；

再将所得矿物盐前驱体洗涤至中性后，依次进行干燥、焙烧和还原反应，反应完毕得到所述铜基催化剂。

上述方法中，所述碱的水溶液中，碱选自氢氧化钠和碳酸钠中的至少一种。碱的水溶液的作用一方面是提供共沉淀反应所需pH值，另一方面提供矿物盐前驱体结构中的阴离子，其用量可根据实际情况调节，无需特别限定；

所述共沉淀反应步骤中，反应的pH值为6-10，具体为6-7或9-10；反应的温度为60-70℃，时间为1-3h；

共沉淀反应所得矿物盐前驱体可为水滑石、锌孔雀石、绿铜锌矿及其混合相前驱体等；

所述焙烧步骤中，温度为300-600℃，具体为350℃；时间为2h-6h，具体为4h；

所述还原反应步骤中，还原气氛为氢气气氛；氢气的流量为120-160ml/min，具体为140ml/min，由室温升温至还原反应温度的升温速率为0.2-2℃/min，具体为0.5℃/min；温度为200-400℃，具体为250℃；时间为1-4h，具体为2h。

另外，上述本发明提供的铜基催化剂在制备2,5-二甲基呋喃中的应用，也属于本发明的保护范围。

本发明提供的制备2,5-二甲基呋喃的方法，包括如下步骤：

在前述本发明提供的铜基催化剂的催化作用下，5-羟甲基糠醛进行加氢反应，反应完毕得到所述2,5-二甲基呋喃。

上述方法中，所述加氢反应在溶剂中进行；

所述溶剂具体选自1,4-二氧六环、正丁醇、四氢呋喃和丁内酯中的至少一种。

所述铜基催化剂和5-羟甲基糠醛的质量比为1：1-10，具体为1：3-5；

所述加氢反应步骤中，温度为180-240℃，具体为220℃；

时间为1h-20h，具体为10h；

反应压强为0.1-2MPa，具体为1.5MPa。