[发明专利]一种镨基磁性催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种镨基磁性催化剂及其制备方法和应用，属于γ‑戊内酯的合成方法及相关催化剂的制备技术领域。本发明制备的镨基磁性催化剂用于催化乙酰丙酸液相加氢制备γ‑戊内酯，具有乙酰丙酸转化率高、产物选择性好、催化剂稳定、反应温度低、反应压力小、无活性金属流失、无焦炭生成、易分离回收、成本低廉等优点。实施例的结果表明，本发明提供的镨基磁性催化剂在反应温度为110℃、2MPa H₂、4h的温和条件下几乎完全转化了高浓度的乙酰丙酸，并且选择性为100％。

技术领域

本发明涉及γ-戊内酯的合成方法及相关催化剂的制备技术领域，尤其涉及一种镨基磁性催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

γ-戊内酯又名4-甲基丁内酯，是可持续生产燃料和增值化学品的最有前途的平台分子之一，可用作食品添加剂和燃料添加剂，也可用作绿色溶剂和尼龙中间体，并可进一步升级转化为各种衍生物，如甲基四氢呋喃、烷烃和1,4-戊二醇。目前，γ-戊内酯主要由乙酰丙酸催化加氢制备得到。

乙酰丙酸催化加氢分为气相加氢和液相加氢。气相加氢需要高能量输入将乙酰丙酸汽化参与反应，所用反应设备昂贵，反应条件苛刻，反应危险系数很大，进而生产成本增加。液相加氢工艺因其简单且更经济，还简化了部分工艺设备而得到广泛应用。目前液相加氢工艺采用的催化剂包括贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂如Ru/C，工作温度在150℃以上，其活性贵金属成分在反应过程中产生不可逆的失活，难以分离回收，使得生产成本大大提高。对于工业上使用的非贵金属催化剂，如Cu基催化剂，催化剂活性不高，γ-戊内酯产率较低，工作温度一般在200℃以上，工作压力在30个大气压(3MPa)以上，并且催化剂重复稳定性差，活性金属容易丢失，易生成高产率的焦炭。镍基非贵金属催化剂虽然具有较高的活性和选择性，但存在着催化剂工作条件苛刻等问题。如2016年，Jiang等人在Catalysis Today上发表的题目为Hydrogenation of levulinic acid to γ-valerolactone in dioxane over mixed MgO–Al₂O₃ supported Ni catalyst的文献，报道了Ni/MgO–Al₂O₃催化剂，在160℃和3MPa H₂的条件下，1h后完全转化了乙酰丙酸，对γ-戊内酯的选择性为99.7％，但其存在着反应温度较高，催化剂稳定性较差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镨基磁性催化剂及其制备方法和应用，所述镨基磁性催化剂用于催化乙酰丙酸液相加氢制备γ-戊内酯，具有乙酰丙酸转化率高、产物选择性好、催化剂稳定、反应温度低、反应压力小、无活性金属流失、无焦炭生成、易分离回收、成本低廉等优点。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种镨基磁性催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将镍盐和镨盐溶于水中，得到混合盐溶液；

将所述混合盐溶液与沉淀剂混合，发生沉淀反应，得到氢氧化物；

将所述氢氧化物进行焙烧，得到镍镨复合氧化物；

将所述镍镨复合氧化物进行氢气还原处理，得到镨基磁性催化剂。

优选的，所述镍盐包括Ni(NO₃)₂·6H₂O；所述镨盐包括Pr(NO₃)₃·6H₂O；所述镍盐中Ni和镨盐中Pr的摩尔比为1：(0.5～2)。

优选的，所述沉淀剂包括三乙胺、氨水或氢氧化钠；加入沉淀剂后的混合盐溶液pH值为8～10。

优选的，所述焙烧的温度为300～600℃，保温时间为3～5h。