[发明专利]一种MCM-41/Sn-Pd催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种MCM‑41/Sn‑Pd催化剂、制备方法及应用，通过化学还原法制备了碱性分子筛MCM‑41掺杂锡元素负载纳米金属颗粒钯(MCM‑41/Sn‑Pd)催化剂，并用于高压下催化氧化1,2‑丙二醇制备丙酮酸。该催化剂用量活性高，在实验条件下可高产率、高选择性的制备丙酮酸。

技术领域

本发明属材料制备领域，具体涉及一种催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

丙酮酸属于一种精细化学品，应用于药物、化妆品、食品等行业。工业上通常采用将酒石酸与硫酸氢钾混合物在220℃下蒸馏，馏出物再经真空精馏的方法制备丙酮酸。与生物酶催化法相比，该法具有发生速率高的特点，但有环境不友好、成本高等缺点。所以采用催化生物质衍生物(如甘油和1,2-丙二醇)制备丙酮酸的化学方法引起了研究者们的强烈关注。由于1,2-丙二醇具有两个相邻的羟基，通过采用催化氧化、生物发酵或电催化氧化途径，它通过深度氧化能有效转化为丙酮酸。所以1,2-丙二醇成为制备丙酮酸的最佳原料。对比上面提到的这些转化方法，直接通过设计高效的催化剂催化氧化1,2-丙二醇的方法能在高效、环境友好地将1,2-丙二醇转化为丙酮酸。

发明内容

本发明通过化学还原法制备了一种碱性分子筛MCM-41掺杂锡元素负载纳米金属颗粒钯(MCM-41/Sn-Pd)催化剂，并用于高压下催化氧化1,2-丙二醇制备丙酮酸。该催化剂用量活性高，在实验条件下可高产率、高选择性的制备丙酮酸。

本发明的技术方案如下：

一种MCM-41/Sn-Pd催化剂的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

步骤1、制备模板剂：常温下称取模板剂和表面活性剂，溶解到去离子水中并在剧烈搅拌过程中滴加氨水制得模板剂；

步骤2、制备MCM-41/Sn：常温下使氯化锡(SnCl₄·5H₂O)溶解到正硅酸四乙酯(TEOS)中，形成白色胶体；将白色胶体持续剧烈搅拌1小时后转移到带聚四氟乙烯内胆的不锈钢高压反应釜中，晶化后用去离子水和无水乙醇反复多次洗涤，得到白色的分子筛原粉；

步骤3、去除模板：将烘干后的分子筛原粉充分研磨成粉末后，放入石英管式炉当中进行焙烧，即得到去除模板的MCM-41/Sn介孔分子筛粉末；

步骤4、制备催化剂MCM-41/Sn-Pd：称取MCM-41/Sn介孔分子筛粉末加入到去离子水中剧烈搅拌至完全溶解；然后滴加PdCl₂-HCl溶液；充分搅拌后加入还原剂还原金属Pd，然后将沉淀物用去离子水和无水乙醇多次洗涤，最后真空干燥后得到MCM-41/Sn-Pd纳米催化剂。

进一步地，步骤2中，氯化锡和正硅酸四乙酯的混合溶液中保持硅元素和锡元素的摩尔比为8-30。

进一步地，步骤4中，纳米金属颗粒Pd的负载量分别为1％-4％。

进一步地，所述模板剂和表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。

进一步地，所述的还原剂为抗坏血酸。

所述的制备方法制备的MCM-41/Sn-Pd催化剂，其特征在于，所述催化剂为球状，掺杂于碱性分子筛MCM-41中的锡元素位于其骨架中，纳米金属颗粒钯负载在碱性分子筛MCM-41表面。

所述的MCM-41/Sn-Pd催化剂用于高压下催化1,2-丙二醇制备丙酮酸的方法，其特征在于，按以下步骤进行：

首先将1,2-丙二醇、去离子水、MCM-41/Sn-Pd催化剂依次加入到烧杯中形成原料，当原料完全溶解后用NaOH溶液调节原料的PH为弱碱性；然后将反应物倒入快开式反应釜中进行反应。