一种镧基磷钼酸盐催化剂及其在催化果糖水解制乳酸中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于催化技术领域，涉及一种果糖水解制乳酸的催化剂，具体涉及一种硝 酸镧与磷钼酸采用离子交换方法得到的镧基磷钼酸盐催化剂及其在催化果糖水解制乳酸 中的应用。
【背景技术】
[0002] 乳酸是一种用途很广的有机酸，主要用于食品及医药行业，作为防腐剂、风味剂、 灭菌剂等。随着其用途的开发及人们物质生活水平的不断提高，对乳酸的需求量亦日益增 大。果糖是一种简单的单糖，而低聚果糖广泛存在于自然界中，甘蔗汁、大豆、洋葱、甜菜、芦 笋等多种植物都含有低聚果糖，其产量丰富而且廉价，而果糖在一定催化条件下可以水解 制乳酸，因而具有很大的发展前景。
[0003] 乳酸的生产方法很多，但工业上生产乳酸主要是淀粉发酵法和化学合成法两种， 由化学合成法生产乳酸，可通过多种途经，其中具有现实意义的是乳腈法。该法是乙醛与氢 氰酸反应，生成氰基乙醇后水解，变成乳酸。由于化学合成法所用的原料是乙醛和剧毒物氢 氰酸，因而以化学合成法生产乳酸大大受到限制。传统发酵工艺目前还在运行中，主要是以 玉米粉或薯干为原料，经调浆、糊化、发酵、中和和酸解，再经脱色、阳阴离子交换、蒸发浓缩 和精制得乳酸产品。但因其工艺流程长，原料消耗大、能耗高、发酵时间长、乳酸收率低、产 品质量不稳定等问题，技术上还不够成熟，这些都急待改进和调整，因而很难适用于乳酸的 大量生产。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有工业化乳酸制备方法存在的缺点，提供 一种镧基磷钼酸盐催化剂及其在高转化率、高活性地催化果糖水解制乳酸中的应用。
[0005] 解决上述技术问题所采用的技术方案是:该催化剂是硝酸镧与磷钼酸按质量比为 1:1.6~4.7在去离子水中离子交换后的产物，优选硝酸镧与磷钼酸按质量比为1:2.0~2.8 在去离子水中离子交换后的产物。
[0006] 上述镧基磷钼酸盐催化剂的制备方法为：按照上述质量配比，将硝酸镧与磷钼酸 分别加入去离子水中，搅拌至固体完全溶解后将两种溶液混合，然后100~120Γ干燥或旋 转蒸发除去去离子水，得到镧基磷钼酸盐催化剂。
[0007] 上述镧基磷钼酸盐催化剂在催化果糖水解制乳酸中的用途，其使用方法为:将镧 基磷钼酸盐催化剂、果糖、蒸馏水加入高压反应釜中，在1~2MPa氮气气氛下升温至150~ 190 °C，恒温反应30~120分钟，得到乳酸。
[0008] 本发明优选将镧基磷钼酸盐催化剂、果糖、蒸馏水加入高压反应釜中，在2MPa氮气 气氛下升温至170°C，恒温反应60分钟，得到乳酸。
[0009] 上述镧基磷钼酸盐催化剂的加入量为果糖质量的30%~90%，优选镧基磷钼酸盐 催化剂的加入量为果糖质量的50%~70%。
[0010] 本发明催化剂采用磷钼酸与硝酸镧离子交换法制备而成，制备方法简单，其可高 活性的催化果糖水解制乳酸，果糖的转化率可达到100%、乳酸的收率可达到40 %~60 %左 右，而且本发明催化剂与反应产物是均相的，反应后所得溶液中的产物与催化剂互溶，经过 萃取和旋转蒸发的分离方式回收催化剂，回收的催化剂可循环使用，且循环使用活性高，连 续多次反应乳酸产率保持不变而催化剂不失活性，适用于乳酸的大量生产。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实 施例。
[0012] 实施例1
[0013] 称取0.56g磷钼酸、溶于20mL去离子水中，室温下以500转/分钟的搅拌速率搅拌30 分钟，得到磷钼酸水溶液;称取〇.12g硝酸镧溶于20mL去离子水中，室温下以500转/分钟的 搅拌速率搅拌30分钟，得到硝酸镧水溶液;在搅拌条件下将硝酸镧水溶液以2mL/分钟的滴 加速率滴加到磷钼酸水溶液中，滴加完毕后，将溶液温度升高到40°C并以800转/分钟的搅 拌速率搅拌2小时，再将溶液于110°C烘箱中放置12小时，取出固体产物研细，得到镧基磷钼 酸盐催化剂。
[0014] 实施例2
[0015] 称取0.56g磷钼酸、溶于20mL去离子水中，室温下以500转/分钟的搅拌速率搅拌30 分钟，得到磷钼酸水溶液;称取〇.16g硝酸镧溶于20mL去离子水中，室温下以500转/分钟的 搅拌速率搅拌30分钟，得到硝酸镧水溶液;在搅拌条件下将硝酸镧水溶液以2mL/分钟的滴 加速率滴加到磷钼酸水溶液中，滴加完毕后，将溶液温度升高到40°C并以800转/分钟的搅 拌速率搅拌2小时，再将溶液于110°C烘箱中放置12小时，取出固体产物研细，得到镧基磷钼 酸盐催化剂。
[0016] 实施例3
[0017] 称取0.56g磷钼酸、溶于20mL去离子水中，室温下以500转/分钟的搅拌速率搅拌30 分钟，得到磷钼酸水溶液;称取0.20g硝酸镧溶于20mL去离子水中，室温下以500转/分钟的 搅拌速率搅拌30分钟，得到硝酸镧水溶液;在搅拌条件下将硝酸镧水溶液以2mL/分钟的滴 加速率滴加到磷钼酸水溶液中，滴加完毕后，将溶液温度升高到40°C并以800转/分钟的搅 拌速率搅拌2小时，再将溶液于110°C烘箱中放置12小时，取出固体产物研细，得到镧基磷钼 酸盐催化剂。
[0018] 实施例4
[0019] 称取0.56g磷钼酸、溶于20mL去离子水中，室温下以500转/分钟的搅拌速率搅拌30 分钟，得到磷钼酸水溶液;称取〇.24g硝酸镧溶于20mL去离子水中，室温下以500转/分钟的 搅拌速率搅拌30分钟，得到硝酸镧水溶液;在搅拌条件下将硝酸镧水溶液以2mL/分钟的滴 加速率滴加到磷钼酸水溶液中，滴加完毕后，将溶液温度升高到40°C并以800转/分钟的搅 拌速率搅拌2小时，再将溶液于110°C烘箱中放置12小时，取出固体产物研细，得到镧基磷钼 酸盐催化剂。
[0020] 实施例5
[0021] 称取0.56g磷钼酸、溶于20mL去离子水中，室温下以500转/分钟的搅拌速率搅拌30 分钟，得到磷钼酸水溶液;称取〇.28g硝酸镧溶于20mL去离子水中，室温下以500转/分钟的 搅拌速率搅拌30分钟，得到硝酸镧水溶液;在搅拌条件下将硝酸镧水溶液以2mL/分钟的滴 加速率滴加到磷钼酸水溶液中，滴加完毕后，将溶液温度升高到40°C并以800转/分钟的搅 拌速率搅拌2小时，再将溶液于110°C烘箱中放置12小时，取出固体产物研细，得到镧基磷钼 酸盐催化剂。
[0022] 实施例6
[0023] 称取0.56g磷钼酸、溶于20mL去离子水中，室温下以500转/分钟的搅拌速率搅拌30 分钟，得到磷钼酸水溶液;称取〇.32g硝酸镧溶于20mL去离子水中，室温下以500转/分钟的 搅拌速率搅拌30分钟，得到硝酸镧水溶液;在搅拌条件下将硝酸镧水溶液以2mL/分钟的滴 加速率滴加到磷钼酸水溶液中，滴加完毕后，将溶液温度升高到40°C并以800转/分钟的搅 拌速率搅