催化果糖脫水生成5‑羥甲基糠醛的鈦酸納米管的製備的製作方法

2023-05-06 03:59:16

本發明涉及了具有管狀形貌的鈦酸納米材料固體催化劑的製備方法及其應用。

背景技術：

在過去的一個多世紀，化石資源，如石油、煤和天然氣，作為能源及很多化學品的主要原料，極大的促進人類社會和經濟的發展。然而，化石能源儲量不斷減少和由使用化石資源帶來的環境問題迫使我們必須探索新的能源。生物質作為一種可持續性資源，具有來源廣泛、儲備量巨大、價格低廉、可被生物降解等優點。因此，生物質能成為非常理想的替代資源而受到廣泛的關注。

生物質所含的成分為碳水化合物、木質素、脂肪酸、酯質、蛋白質等。其中碳水化合物是自然界存在最多、分布最廣的一類重要的有機化合物，具有很大的利用價值，特別是葡萄糖，木糖和果糖。由單糖製備的5-羥甲基糠醛(5-hmf)是一種非常重要的平臺化合物，也是有效利用生物質的重要方面之一。用於催化糖類的催化劑多種多樣，但總體來說，可分為均相催化劑和異相催化劑兩大類。均相催化劑的催化活性位點可以與反應物接觸更好，具有較高的催化效率，但也存在許多缺點，如不易實現與產物難以分離，具有腐蝕設備，反應副產物多，後處理工藝複雜等。而異相催化劑容易實現回收重複使用而且與金屬氯鹽等均相催化劑相比對環境汙染更小，基本不會腐蝕設備。作為異相催化劑的鈦酸納米管因其管狀結構而具有較大的表面積，且管狀結構的存在有利於酸質子的傳輸，均有利於果糖的催化轉化。在水相條件下生成的產物5-hmf很容易與水發生水合而降低其產率，[emim]br作為溶劑且自身具有催化能力，故而能夠提高果糖轉化生成5-hmf的效率。

技術實現要素：

本發明提供了具有管狀形貌的鈦酸納米材料固體催化劑的製備方法。可用於提高果糖轉化為5-羥甲基糠醛的產率。

本發明製備過程簡單，原料簡單易得，不需要昂貴設備，所得產品質量好性能高，催化果糖轉化為5-羥甲基糠醛。

本發明中製備的催化劑成本低、轉化率高，是一種具有定向選擇性功能的高效催化劑，可以快速、高效地催化果糖轉化為5-羥甲基糠醛。

本發明的技術方案是提供一種可用作生物質轉化為5-羥甲基糠醛催化劑的鈦酸納米管，其製備方法包括以下步驟：

1)tio2(325目)加入到10mol/lnaoh溶液中，將上述混合溶液超聲30分鐘，然後再攪拌1小時；

2)用聚四氟乙烯內襯的水熱反應釜裝步驟1)中的混合物，進行水熱反應，150℃，反應48小時；

3)用去離子水將步驟2)中反應後的沉澱洗至中性，之後80℃烘乾12小時；

4)將步驟3)中得到的固體浸沒在0.1mol/lhcl溶液中，然後再攪拌2小時；

5)用去離子水將步驟4)得到的沉澱洗至中性，之後80℃烘乾12小時，得到鈦酸納米管催化劑；

6)將5)得到的固體用於催化果糖生成5-hmf，以[emim]br為溶劑，140℃反應1小時，並利用高效液相測定其產率。

本發明具有以下優點：

本發明使用的原料主要是二氧化鈦和氫氧化鈉，來源廣泛，價格便宜，轉化成具有特定形貌、高性能的催化劑。

本發明方法製備的高效催化劑，在以1-乙基-3甲基溴化咪唑為溶劑，鈦酸納米管作為催化劑，在140℃下催化果糖反應時間為1小時，5-羥甲基糠醛的產率可以達到84.2％。

本發明方法製備的催化劑具有易分離性，該催化劑為固體催化劑，反應完後可經過過濾洗滌等簡單操作從反應體系中分離出來。

本發明方法製備的催化劑可大量合成，不需要昂貴設備。

附圖說明

圖1是具體實施例1得到的鈦酸納米管催化劑的sem和tem圖(直徑約10nm)；

圖2是具體實施例1得到的鈦酸納米管在不同反應時間下催化果糖生成5-hmf的產率。

具體實施方式

以下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。

實施例1

5gtio2(325目)加入到70ml10mol/lnaoh溶液中，將上述混合溶液超聲30分鐘，然後再攪拌1小時。

將攪拌均一的反應液倒入聚四氟乙烯為內襯的水熱反應釜中後擰緊，烘箱溫度調至150℃，溫度穩定至150℃後，將水熱釜放入烘箱，反應時間為48小時。

將水熱反應後的沉澱收集後用二次水洗至ph～7，在80℃下乾燥12小時後得到白色的鈦酸鈉(na2ti3o7)納米管。

將得到的鈦酸鈉納米管浸沒在500ml0.1mol/lhcl溶液中，然後再攪拌2小時。

用二次水將上述得到的沉澱洗至ph～7，之後80℃烘乾12小時，得到鈦酸(h2ti3o7)納米管。

將上述所得到的固體鈦酸納米管作為催化劑用於催化果糖轉化生成5-hmf的反應，以離子液體1-乙基-3甲基溴化咪唑為溶劑，140℃下反應不同時間，最終產物用高效液相色譜測量其產率，表徵此種異相催化劑的催化性能。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。