[发明专利]一种生物质衍生物γ-戊内酯双导向转化的方法

说明书

本发明涉及能源催化的技术领域，具体涉及一种生物质衍生物γ‑戊内酯双导向转化的方法，该方法为γ‑戊内酯气体在Ni/HZSM‑5催化剂存在下进行气固多相反应，通过调节所述Ni/HZSM‑5催化剂中HZSM‑5沸石载体的硅铝比实现γ‑戊内酯对戊酸产物和戊烷产物的双导向选择性切换。主要通过简单地调节该Ni/HZSM‑5催化剂中HZSM‑5沸石载体的硅铝比，并辅以金属镍负载量的调变，可实现γ‑戊内酯对戊酸(选择性高达97.3％)和戊烷燃料(选择性高达93.6％)高度灵活且精确可控的双导向选择性切换的催化反应性能，本发明在能源及催化领域具有广阔的工业应用前景，制备方法简单。

技术领域

本发明涉及能源催化的技术领域，具体涉及一种生物质衍生物γ-戊内酯双导向转化的方法。

背景技术

随着从化石基消费品向基于可再生生物质资源的可替代能量载体的过渡，设计高选择性的催化系统，以使具有可持续性的生物质衍生化合物高效转化为高应用价值的燃料和化学品受到广泛的关注[Annu.Rev.Chem.Biomol.Eng.2010,1,79-100.]。目前，研究人员一直专注于通过各种方法控制生物质催化转化过程中复杂的反应路径以优化目标产品的选择性。例如，(1)改变活性金属组分以利用其独特的本征选择性；(2)改变金属纳米颗粒的尺寸以调整其表面电子和几何性质；(3)改变反应条件(温度、压力或溶剂等)进而调节产物选择性等等。然而，鲜有研究报道具有产物选择性可切换特征的多功能催化体系，以实现对合成多种高附加值生物质基产物的灵活控制。

作为一种用途丰富的生物质基平台化合物，γ-戊内酯可被用作合成多种燃料和化学品等能量分子。目前，在γ-戊内酯催化转化过程中，传统策略如高温热解、磷酸均相催化或贵金属加氢等反应体系均缺乏足够的功能性以实现对γ-戊内酯串联反应通道的精确调控，从而导致副产物多、选择性控制不理想等问题。而基于“化整为零”反应解耦策略的γ-戊内酯多级催化系统则受制于繁琐的多步工艺、高能耗的产品分离/纯化以及仅对单一产物进行选择性控制等问题[Green Chem.2010,12,992-999.]。因此，设计新型的多功能催化系统，通过简单的操作方法，在γ-戊内酯催化转化过程中多导向驱动γ-戊内酯的级联反应通道，从而实现对多种高价值产物灵活的选择性切换，是一个很有前景但具有较大挑战性的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质衍生物γ-戊内酯双导向转化的方法，在温和的反应工况下，主要通过简单地调节该Ni/HZSM-5催化剂中HZSM-5沸石载体的硅铝比，并辅以金属镍负载量的调变，可实现γ-戊内酯对戊酸(选择性高达97.3％)和戊烷燃料(选择性高达93.6％)高度灵活且精确可控的双导向选择性切换的催化反应性能，本发明在能源及催化领域具有广阔的工业应用前景。

本发明实现目的所采用的方案是：一种生物质衍生物γ-戊内酯双导向转化的方法，该方法为γ-戊内酯气体在Ni/HZSM-5催化剂存在下进行气固多相反应，通过调节所述Ni/HZSM-5催化剂中HZSM-5沸石载体的硅铝比实现γ-戊内酯对戊酸产物和戊烷产物的双导向选择性切换。

优选地，所述Ni/HZSM-5催化剂中HZSM-5沸石载体的硅铝比范围为15～300，当其HZSM-5沸石载体硅铝比从15逐渐增加至300时，γ-戊内酯转化生成的主产物由戊酸逐渐切换为戊烷。

优选地，所述Ni/HZSM-5催化剂中，金属镍的负载量占HZSM-5沸石载体质量的0.5wt.％～40wt.％。

优选地，γ-戊内酯向戊酸产物进行转化的优选反应工况为：温度为110～240℃、压力为0.5～3.0MPa、空速为0.2～0.1h^-1。

优选地，γ-戊内酯向戊烷产物进行转化的优选反应工况为：温度为200～260℃、压力为0.5～2.0MPa、空速为0.1～0.9h^-1。