[发明专利]一种氧化铁催化剂及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种氧化铁催化剂及其制备方法和在乳酸脱氧制备丙酸工艺中的应用。以可溶解性的+3价铁盐如硝酸铁、硫酸铁等为铁源，氨水或有机胺为沉淀剂，合成氢氧化铁，随后经100℃～120℃干燥、500℃～650℃煅烧脱水获得氧化铁催化剂。以生物质发酵而得的乳酸为原料，反应温度为320～420℃，常压反应条件，载气携带原料经高温气固催化方式合成丙酸，所采用的催化剂为氧化铁。氧化铁催化剂制备简单，绿色环保，成本低廉，催化活性高，稳定性好，且丙酸选择性以及乳酸的转化率高，并且催化剂活性降低后经过简单的高温空气气氛煅烧即可再生，有着很高的商业化开发价值。

技术领域

本发明属于能源化工技术领域，具体涉及一种氧化铁催化剂及其制备与应用。

背景技术

丙酸，无色透明带刺激气味的液体，溶于水。丙酸是化工生产的重要中间体，并且在农药、食品、塑料等的生产中均有广泛应用。丙酸可反应生成盐、酯、酰氯、酰胺、酸酐等，还可发生氯化反应、缩醛反应及羧基还原反应。

丙酸的制备方法主要有如下三种方法：

(1)乙烯的氢羧基化反应

(2)丙醛的氧化反应

(3)乳酸的脱氧反应(绿色化学，美国，2013，15，982)

前面三种丙酸制备工艺比较可知，前2种为的石油基路线，第三种为典型的生物基路线。以生物质为原料发展化学工业，是一条可持续的发展工艺路线。在生物质原料中，乳酸极为重要。其原因在于分子中含有2个活泼的官能团：羟基和羧基；可转化为不同的化学品。因此，在学术界和工业界通常把乳酸当作一个生物平台分子。譬如，乳酸通过脱水可制备丙烯酸、缩合反应制备2，3-戊二酮、脱羰制备乙醛、加氢脱氧反应可制备丙酸、聚合反应制备聚乳酸(生物医用材料)等。迄今，以乳酸合成丙酸的报道很少，往往作为副产物出现在发表的文献中。最近绿色化学(绿色化学，美国，2013，15，982)报道了一例钼基催化剂催化乳酸脱氧反应制备丙酸，但含钼的杂多酸盐在高温下稳定性较差。

发明内容

本发明针对上述存在的问题做出改进，即本发明的目的是提供一种氧化铁催化剂及其制备与应用，这种催化剂制备方法简单，绿色环保，具有良好的丙酸选择性和超强的催化稳定性，在催化乳酸脱氧制备丙酸工艺中具有较高的催化活性。

为了解决上述技术问题，本发明提出了这样一种氧化铁催化剂制备方法，包括以下步骤：首先，称取一定量的可溶性铁盐，充分溶解于100ml去离子水中，加入碱性沉淀剂，调节pH值为8-9，室温下继续搅拌1h，随后沉化2h；接着抽滤，去离子水洗涤3-5次，置于鼓风干燥箱100℃～120℃烘干；然后在空气氛下，程序升温至500℃～650℃煅烧6h，所得氧化铁进行压片造粒，取20-40目作为催化剂。

进一步，所述可溶性铁盐为硝酸铁、硫酸铁或氯化铁中的一种。

优选的，所述的一定量的可溶性铁盐为8.08g九水合硝酸铁。

进一步，所述碱性沉淀剂为氨水、乙二胺、三乙胺或丁胺中的一种。

优选的，所述碱性沉淀剂为质量分数25-28％的氨水。

本发明还提供了一种氧化铁催化剂，该催化剂由上述方法制得。

本发明还提供了该氧化铁催化剂在乳酸脱氧制备丙酸工艺中的应用：将0.4～0.5g，20～40目的氧化铁催化剂加入内径为4mm的石英管中，催化剂两端用石英棉封端，以载气携带乳酸水溶液通过催化剂上端的石英棉并在石英棉表面汽化，随后气相原料经过所述催化剂表面，反应温度为320～420℃，乳酸浓度为10～40wt％，进料速度为1～15mL/h，载气的流速为1～10mL/min。