[发明专利]非均相催化剂及制备方法及催化葡萄糖异构化为果糖的应用

说明书

本发明公开了非均相催化剂及制备方法及催化葡萄糖异构化为果糖的应用，非均相催化剂用下述方法制成：按比例，将40‑80mg的活化的金属有机骨架材料粉末和4mL、0.01M‑1M路易斯酸金属离子溶液混合均匀，在80‑120℃的条件下，反应8‑12小时，洗涤，干燥，得到非均相催化剂。非均相催化剂应用于催化葡萄糖异构化为果糖。本发明成功的制备了负载路易斯酸金属位点的非均相催化剂。本发明制备的非均相催化剂的催化效果达到果糖收率20.09％以上，选择性达到73.21％以上，提高了催化效果。本发明的非均相催化剂因具有稳定性、分离容易和可重复性高的特点，成为替代生物酶和均相催化剂的更优选择。

技术领域

本发明属于新材料领域，具体涉及一种非均相催化剂及制备方法及在催化葡萄糖异构化为果糖的应用。

背景技术

生物质能源具有可再生性和广泛性，在替代化石能源成为主要的消耗能源方面具有非常光明的前景。实现生物质资源转化为生物燃料、聚合物等增值化学品可通过“平台化合物”实现，这些“平台化合物”包括C6糖(葡萄糖和果糖)和C5糖(木糖等)。葡萄糖虽然也能和果糖一样，脱水生成5-HMF以及其他的重要化工原料，但是其转化效率不如果糖，并且催化条件也更为严苛(果糖脱水甚至能在无催化剂的条件下进行)。因此，两者相比，果糖更加适合作为化工原料制备高附加值化合物。鉴于自然界中葡萄糖的含量远大于果糖，其分布广泛性也远在果糖之上，葡萄糖异构化为果糖就显得非常重要。

利用葡萄糖异构化生成果糖是将平台化合物转化成多种下游产品重要的一步，同时该反应也是工业生产果葡糖浆(HFCS)的重要步骤之一。

葡萄糖异构化成果糖的反应可使用生物酶、均相酸或碱作为催化剂实现。生物酶催化过程虽然是高度选择性的，但是它有以下几个缺点：处理成本大大增加，需要使用缓冲溶液来保持pH值；操作温度的范围狭窄；对反应物有严格的纯净度要求；以及由于酶的不可逆失活需要定期更换酶等等。同时均相酸或碱具有选择性不高、分离困难和可重复性低的局限。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种非均相催化剂。

本发明的第二个目的是提供一种非均相催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种非均相催化剂催化葡萄糖异构化为果糖的应用。

本发明的技术方案概述如下：

非均相催化剂的制备方法，包括如下步骤：按比例，将40-80mg的活化的金属有机骨架材料粉末和4mL、0.01M-1M路易斯酸金属离子溶液混合均匀，在80-120℃的条件下，反应8-12小时，洗涤，干燥，得到非均相催化剂。

所述活化的金属有机骨架材料用下述方法制成：将金属有机骨架材料在100-150℃条件下，真空干燥8-12h。

所述金属有机骨架材料为UiO-66，UiO-66-NH₂，UiO-66-SO₃或UiO-66-NO₂。

所述路易斯酸金属离子溶液的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺。

所述路易斯酸金属离子为Sn⁴⁺或Al³⁺。

上述制备方法制备的非均相催化剂。

上述非均相催化剂催化葡萄糖异构化为果糖的应用。

优选地，上述应用包括如下步骤：按比例，将5-10mg非均相催化剂加入到70-110℃、5ml、浓度为8mg/ml的葡萄糖溶液，充N₂排出空气，在70-110℃下，在转速600rpm条件下反应5-12h，过滤，得到固体和滤液，向滤液中加入与滤液等体积的去离子水，在70-110℃下，以转速600rpm的条件下水解反应。

所述葡萄糖溶液的溶剂为正丙醇或水。