[发明专利]一种负载KOH的氧化锆气凝胶催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了负载KOH的氧化锆气凝胶催化剂及制备方法和应用，该负载KOH的氧化锆气凝胶催化剂为载体负载活性组分的负载型催化剂，其中所述载体为氧化锆气凝胶，所述活性组分为KOH；所述氧化锆气凝胶负载KOH催化剂中活性组分占载体质量的30wt％～50wt％。与现有技术相比，本发明的催化剂易分离、结构稳定可重复使用、对设备不易腐蚀和清洁无污染；可显著降低副产物的生成，使生产工艺更清洁，且本发明的催化剂可耐受更高的反应条件，催化剂使用性能可靠，在合成反应条件下，有效提高了二甘醇的转化率和二甘醇单乙烯基醚的收率，可使二甘醇的转化率达到45.93％，二甘醇单乙烯基醚的收率达到37.66％。

技术领域

本发明涉及化学催化剂技术领域，特别是一种负载KOH的氧化锆气凝胶催化剂及制备方法和应用。

背景技术

乙烯基醚是一类重要的高聚物单体和有机合成中间体，其均聚物及共聚物由于具有低毒性、无味、低收缩、高强度、高茹合性、可溶性、优良的柔韧性和易于合成等特点，可作活性稀释剂应用于丙烯酸树脂和环氧树脂等体系，也用于制作涂料、油类粘度改性剂、增塑剂、润滑剂、表面保护材料、泡沫材料和杀虫剂等。乙烯基醚还可作为有机合成中间体，用于合成甲基吡啶及戊二醛等。此外，还可广泛应用于香料、调味剂以及药物产品等领域。目前工业上制备乙烯基醚的传统工艺技术，采用以液体碱(如KOH，醇钾等)为催化剂的均相催化体系，其存在副产物多、催化剂分离困难、不可重复使用、设备腐蚀和环境污染等问题。制备催化性能优良的固体碱催化剂，并开发与之相应的催化合成工艺，是解决上述问题的有效途径。然而，就乙炔法合成二乙二醇乙烯基醚而言，现有的固体碱催化剂存在催化活性低、无法循环使用等问题。因此，通过对催化剂组成结构的合理设计、制备方法的优化创新，提高固体碱催化剂的催化活性、循环使用性能，以解决当前存在难分离、设备易腐蚀等问题。

目前二甘醇乙烯基醚的传统工艺是以液态碱(KOH、醇钾)为催化剂的均相催化体系或以固定床反应器及气液非均相反应，其缺点是副产物多、催化剂分离困难和不能重复使用、设备腐蚀及环境污染等问题。制备性能优良的固体碱催化剂，并开发与之对应的催化合成工艺，是解决上述问题的关键。

近年来制备不同的金属基介孔固体碱(包括MgO、类水滑石(HTs)及改性的Al₂O₃、ZrO₂、CeO₂)的研究进展，重点讨论了软模板法、硬模板法、溶剂挥发自组装法、无模板剂法等制备各种金属基介孔固体碱的方法和机理。此外，还介绍了金属基介孔氧化物在催化、储能与环境领域中的实际应用。最后，简要分析了金属基介孔固体碱制备过程中存在的问题，并展望其在未来的发展趋势，为新型金属基介孔固体碱的构筑提供了新的思路。

通过溶胶—凝胶过程将前驱物制备成水凝胶，而后通过水凝胶—醇凝胶—气凝胶的路线制得目标产物。在将前驱物制备成醇凝胶之后进行干燥即可得到所需的凝胶材料，根据所需凝胶材料的不同也需要使用不同的干燥方法进行干燥。一般来说要得到气凝胶材料，只能对凝胶材料通过超临界流体干燥法来进行干燥。在材料的压力和温度都高于其临界值时，材料就会转变为超临界状态，当材料在这个状态下为流体时便称为超临界流体。超临界流体干燥可以使液相中液体的表面张力变成零而成为超临界流体，所以凝胶材料通过超临界干燥之后其液相固化了凝胶网孔结构，阻止了材料孔的坍塌。Jinyao Liu等曾以不同制备方法制得的ZrO₂为载体制备了相同组分的负载型ZrO₂催化剂，对二氧化碳与氢气反应制备甲醇的反应进行活性评价。其评价结果显示以气凝胶氧化错为载体的催化剂表现出了良好的催化性能，该催化齐有着比其他方法制备的催化剂更小的颗粒和更高的活性。

但是，目前这些方法中载体比表面积有限，所负载的KOH量较少，催化效率较低。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种负载KOH的氧化锆气凝胶催化剂及制备方法和应用。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：