[发明专利]负载催化剂

说明书

本文描述了一种用于液相反应的负载催化剂，所述负载催化剂包括钙钛矿载体，其包括A位点物质和B位点物质；以及在钙钛矿载体表面上的催化组分。本文还描述了一种用于调节负载催化剂的选择性的方法。

技术领域

本发明涉及负载催化剂，形成负载催化剂的方法，调节负载催化剂的工艺，标识对需要的反应产物具有选择性的负载催化剂的工艺，使用负载催化剂制备需要的反应产物的方法和负载催化剂的用途。特别地，本发明涉及负载催化剂、方法、工艺和用途，其中负载催化剂包括钙钛矿载体和钙钛矿载体上的催化组分。

背景技术

液相反应在工业上和环境上都是有利的，特别是由于涉及低温和可选的低压。可有利地在液相中进行的反应的实例是氧化反应，例如，使用分子氧将醇氧化成羧酸。最近，由于甘油的高官能度及其在作为柴油制造过程的副产物甘油三酯的酯交换中的可用性，甘油的氧化引起了极大的关注。

甘油可以用非均相催化剂氧化，以产生一系列氧添加分子，应用于聚合物、建筑、化妆品、食品添加剂和有机合成。已经发现，金纳米颗粒在碱(例如，氢氧化钠)存在下对甘油的氧化具有活性。还已经表明，当金与另一种金属(例如，钯或铂)形成合金时，产生协同效应。

许多反应包括多个竞争反应途径。甘油的氧化是包括竞争反应途径的反应的一个实例。

图1的方案1中所示的甘油氧化的反应机理包含具有各种不同的可能产物的多个步骤。甘油氧化的最初步骤是形成二羟基丙酮，其与甘油醛平衡。在催化剂和碱的存在下，在氧化条件下，甘油醛可以迅速氧化成甘油酸，然后可以进一步氧化。甘油也可以在氧化条件下转化以产生乳酸。乳酸在食品工业中有许多用途，也可以聚合成聚乳酸；一种可生物降解的材料。从甘油到乳酸的反应途径通过甘油醛或二羟基丙酮的脱水进行以形成丙酮醛，然后丙酮醛重新排列成乳酸。

已经研究了各种载体在碱性条件下对甘油氧化的影响。已经表明，碳载体比二氧化钛和氧化铁载体更有活性(N.Dimitratos，J.A.Lopez-Sanchez，J.M.Anthonykutty，G.Brett，A.F.Carley，R.C.Tiruvalam，A.A.Herzing，C.J.Kiely，D.W.Knight和G.J.Hutchings，《物理化学化学物理(Physical Chemistry Chemical Physics)》，2009年，第11期，第4952-4961页)。用Au/NiO和Au/NiO_1-x(TiO₂)_x进行的研究表明，NiO载体具有很高的活性，但对任何特定产物的选择性都很差(A.Villa，G.M.Veith，D.Ferri，A.Weidenkaff，K.A.Perry，S.Campisi和L.Prati，《催化科学与技术(Catal.Sci.Technol.)》，2013年，第3期，第394-399页)。已经表明，负载在活性炭上的单金属Au、Pd和Pt在无碱条件下对甘油氧化具有活性(A.Villa，G.M.Veith和L.Prati，《应用化学国际版(Angewandte ChemieInternational Edition)》，2010年，第49期，第4499-4502页)。进一步的研究已经表明，TiO₂、MgAl₂O₄和氢型丝光沸石负载的金催化剂在无碱条件下具有甘油氧化活性(S.A.Kondrat，P.J.Miedziak，M.Douthwaite，G.L.Brett，T.E.Davies，D.J.Morgan，J.K.Edwards，D.W.Knight，C.J.Kiely，S.H.Taylor和G.J.Hutchings，《可持续发展化学(ChemSusChem)》，2014年，第7期，第1326-1334页)。Villa等人研究了载体的酸碱性质对Au催化剂的活性及其对甘油无碱氧化的选择性的影响(A.Villa，S.Campisi，K.M.H.Mohammed，N.Dimitratos，F.Vindigni，M.Manzoli，W.Jones，M.Bowker，G.J.Hutchings和L.Prati，《催化科学与技术(Catal.Sci.Technol.)》，2015年，第5期，第1126-1132页)。该研究发现，碱性载体导致高活性，但产生大量C1和C2断裂产物，而酸性载体活性较低但其对甘油醛的选择性提高。