本发明涉及化学化工领域，具体地，涉及葡萄糖在金属负载型双功能催化剂作用下进行加氢、脱水反应生成异山梨醇，经由减压蒸馏纯化分离，得到异山梨醇的方法。
背景技术：
从可再生的生物质资源制备高附加值的化学品，对减少化学品对化石资源的依赖具有重要意义。异山梨醇，被广泛应用于食品、化妆品、医药、塑料及聚合物等领域(M.Rose,R.Palkovits,ChemSusChem 2012,5,167)。目前，工业上制备异山梨醇的方法是用液体硫酸催化山梨醇脱水得到异山梨醇。液体硫酸不仅腐蚀性强，严重影响设备使用寿命，而且还会产生酸性废水，污染环境。山梨醇是葡萄糖的加氢产物，分离提纯山梨醇过程也会增加能耗、物耗。因此，开发具有加氢、脱水性能的金属负载型双功能催化剂，直接从葡萄糖制备异山梨醇，具有现实意义的经济效益和社会效益。
本发明的研究思路是，将葡萄糖在具有加氢、脱水双功能金属负载型催化剂作用下进行加氢、脱水反应制备异山梨醇，经由减压蒸馏提纯，得到异山梨醇产品，具有重要的科学意义和应用价值。
技术实现要素：
本发明的目的是，开发一种具有加氢、脱水双功能金属负载型催化剂，为葡萄糖高效制备异山梨醇，提供可持续发展的、环境友好的新技术和新方法。
具体地说，就是葡萄糖在具有加氢、脱水双功能金属负载型催化剂作用下，使葡萄糖加氢得到的山梨醇原位脱水制备异山梨醇，并通过减压蒸馏技术分离提纯异山梨醇，为应用提供参考和依据。
按照本发明提供的方法，本发明采用的金属负载型双功能催化剂中双功能是指催化剂具有加氢活性和脱水活性，加氢活性由金属来提供，脱水活性由载体来提供；
所述金属负载型双功能催化剂中金属是指：Au、Ru、Pt、Pd、Rh、Ir、Ni、Cu中的一种或两种以上复合组分；以金属单质计，其含量为催化剂量的0.1-30wt％；
所述金属负载型双功能催化剂中载体是指：HY、NaY、NaX、NaA、HMOR、NaMOR、HZSM-5、NaZSM-5、HUSY、NaUSY、Hβ、介孔NbOPO4、介孔Nb2O5中的一种或两种以上复合组分。
所述葡萄糖加氢、脱水反应的反应温度为100-280℃，反应时间为0.5-48h，H2压力为1.0-8.0MPa。
所述葡萄糖加氢、脱水反应的反应温度优选为100-220℃，反应时间优选为1-18h，H2压力优选为1.0-6.0MPa。
所述葡萄糖加氢、脱水反应的反应温度更优选为110-180℃，反应时间更优选为2-10h，H2压力更优选为2.0-6.0MPa。
所述金属负载型双功能催化剂的加入量，为底物葡萄糖量的0.1-30wt％，优选为1-15wt％，更优选为2-10wt％。
所述葡萄糖加氢、脱水反应于水溶液中进行，葡萄糖的浓度为1-70wt％，优 选为1-50wt％，更优选为5-30wt％。
具体操作时，将金属负载型双功能催化剂与葡萄糖投入反应釜中，加入10ml葡萄糖水溶液，关釜，用N2置换釜内空气10次以上，冲入氢气压力为1.0-8.0MPa，搅拌下升温至100-280℃，反应时间为0.5-48h，葡萄糖被转化为异山梨醇。
该方法制备的产物收率高，产物易于分离，环境友好，具有很好的应用前景。
按照本发明提供的方法，为了检验双功能金属负载型催化剂催化葡萄糖加氢、脱水反应的效果，本发明对葡萄糖的转化率采用高效液相色谱(HPLC)内标法定量，异山梨醇的定性采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析，异山梨醇的收率采用气相色谱仪(GC)内标法定量。
下面用具体实施方案详述本发明，但本发明实施不局限于这些实施例：
具体实施方式
实施例1：将1g干燥后的载体加入配置好的HAuCl4·4H2O水溶液中(50ml，1×10-3M；以Au计，负载量为1wt％计)；25℃搅拌2h，充分用去离子水洗涤，25℃在真空条件下干燥12h，在300℃用H2活化3h，催化剂命名为1wt-Au/载体。
实施例2：催化剂的制备采用实施例1中的方法进行，只改变水溶液中的溶质成份、不同的载体以及不同的氢气活化温度和时间，Au、Ru、Pt、Pd、Rh、Ir、Ni、Cu的金属源分别为：HAuCl4·4H2O、RuCl3·3H2O、H2PtCl6·6H2O、PdCl2、RhCl3、H2IrCl6·6H2O、Ni(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O。
实施例3：将10g 30wt％葡萄糖水溶液，0.06g 1wt％-Au/HY催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至2MPa，搅拌下升温至170℃，并保持2h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为95％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率76％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为70％。
实施例4：将10g 5wt％葡萄糖水溶液，0.05g 30wt％-Ni/HY催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至3MPa，搅拌下升温至160℃，并保持10h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为99％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率80％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为75％。
实施例5：将10g 70wt％葡萄糖水溶液，2.1g 10wt％-Cu/NaY催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至8MPa，搅拌下升温至280℃，并保持0.5h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为97％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率43％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为40％。
实施例6：将10g 1wt％葡萄糖水溶液，0.03g 10wt％-Pt/NaX催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至6MPa，搅拌下升温至230℃，并保持24h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为99％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率69％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为65％。
实施例7：将10g 20wt％葡萄糖水溶液，0.2g 10wt％-Ru/HZSM-5催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至4MPa，搅拌下升温至160℃，并保持5h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为99％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率90％。进一 步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为88％。
实施例8：将10g 15wt％葡萄糖水溶液，0.03g 5wt％-Rh/Hβ催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至3MPa，搅拌下升温至180℃，并保持8h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为89％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率74％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为65％。
实施例9：将10g 30wt％葡萄糖水溶液，0.09g 5wt％-Ir/HUSY催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至6MPa，搅拌下升温至120℃，并保持10h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为95％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率90％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为85％。
实施例10：将10g 10wt％葡萄糖水溶液，0.1g 5wt％-Pd/NaUSY催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至4MPa，搅拌下升温至150℃，并保持8h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为97％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率98％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为95％。
实施例11：将10g 50wt％葡萄糖水溶液，0.005g 15wt％-Pd/NaMOR催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至8MPa，搅拌下升温至220℃，并保持24h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为99％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率69％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为60％。
实施例12：将10g 2wt％葡萄糖水溶液，0.02g 8wt％-Ru/HMOR催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至7MPa，搅拌下升温至280℃，并保持20h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为91％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率69％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为61％。
实施例13：将10g 40wt％葡萄糖水溶液，0.8g 20wt％-Pt/NaA催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至1MPa，搅拌下升温至235℃，并保持15h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为99％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率59％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为57％。
实施例14：将10g 30wt％葡萄糖水溶液，0.15g 10wt％-Pt/介孔NbOPO4催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至3MPa，搅拌下升温至150℃，并保持5h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为99％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率99％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为98％。
实施例15：将10g 30wt％葡萄糖水溶液，0.24g 8wt％-Au/介孔Nb2O5催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至4MPa，搅拌下升温至270℃，并保持1h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为98％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率46％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为41％。
对比例1：将10g 30wt％葡萄糖水溶液，0.15g 10wt％-Pt/MCM-41催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至3MPa，搅拌下升温至150℃，并保持5h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析 确定葡萄糖的转化率为99％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率12％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为8％。
对比例2：将10g 30wt％葡萄糖水溶液，0.1g阮尼镍和0.1g HY分子筛催化剂加入50ml反应釜中，关釜，用N2置换釜内空气10次，冲入氢气压力至3MPa，搅拌下升温至150℃，并保持5h，将反应液冷却至室温，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析确定葡萄糖的转化率为99％，进行气相色谱分析确定异山梨醇的收率50％。进一步进行减压蒸馏纯化分离，异山梨醇的分离收率为45％。
本发明开发了一种葡萄糖制备异山梨醇酯的技术和方法。在具有加氢、脱水双功能金属负载型催化剂作用下，葡萄糖加氢得到山梨醇，原位得到的山梨醇进一步脱水得到异山梨醇。对于开发新型双功能金属负载型催化剂催化葡萄糖转化制备异山梨醇，提供可持续发展的新技术和创新方法，具有重要的科学意义和应用价值。