用于巴豆醛选择性加氢合成巴豆醇的催化剂及制备方法
【专利摘要】用于巴豆醛选择性加氢合成巴豆醇的催化剂及制备方法，以粒径2-3mm的SiO2为载体，第一负载层为Fe-xZn-yLa，x、y分别为Zn与Fe、La与Fe的摩尔比，x＝0～5，y＝0～5，Fe-xZn-yLa/SiO2载体中，Fe-Zn-La的总质量百分含量为SiO2的0.05～2.0％；第二负载层为Ir-Pt，Ir的质量百分含量为SiO2的1.0～5.0％，Pt：Ir的摩尔比为0.03～0.2。制备：先将载体浸渍到Fe(NO3)3和Zn(NO3)2、La(NO3)3的混合水溶液中，经水浴中蒸干、焙烧、还原得到第一负载层，再将其浸渍到Ir(acac)3和Pt(acac)2的混合甲苯溶液中；经水浴中蒸干、焙烧、还原得到。该催化剂催化效率高、反应选择性和反应稳定性较好。
【专利说明】用于巴豆醛选择性加氢合成巴豆醇的催化剂及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学催化剂领域，特别涉及一种用于巴豆醛选择性加氢合成巴豆醇的催化剂及制备方法。
【背景技术】
[0002]α , β-不饱和醛是一种重要的化工原料，其C = O键选择性加氢制得的产物α, 不饱和醇是香料、医药、除草剂、涂料等的原料及中间体。巴豆醇是α，β-不饱和醇中具有代表性的化合物，是一种重要的有机合成中间体，被广泛应用于制造塑料、增塑剂、除草剂、涂料和农药等，故催化巴豆醛选择性加氢制备巴豆醇极具经济价值。
[0003]α，β -不饱和醛中C = C键的加氢活性高于C = O键，同时C = C键与C = O键之间具有共轭作用，从动力学和热力学两方面来说都是更有利于C = C键的加氢反应，即加氢反应只在C = O键上进行而不破坏C = C键生成不饱和醇比较困难。工业上通常采用氢化铝锂、硼氢化钠或异丙醇铝直接还原α，β-不饱和醛制备α，β-不饱和醇。虽然利用此方法可得到高产率的α，β-不饱和醇，但存在反应条件严格、产物分离困难、成本很高，三废多等问题，原子经济性较差。为此，固体催化剂催化加氢受到了科技工作者的重视。在巴豆醛选择性加氢制巴豆醇反应中，贵金属催化剂得到了广泛的研究，主要集中在Pt、Au、Ir、Rh几个系列。对Ir催化剂的研究越来越多，取得了一定的成果，早期主要研究单一的元素Ir在不同载体上的催化性能，后来逐渐开始研究在此基础上添加助剂。
[0004]中国专利CN102295532A公开了 Ir/Ti02 (Μ为Sm或Y或La)催化剂及制备方法，发现Pt的负载量为5.0 %的Pt/Cea 9Sm0.95催化剂在80 V反应时对巴豆醇具有高选择性，达到 72 % ;中国专利 CN102886269A 公开了添加 NaCl、KC1、LiCl、Na0H、K0H 或 Mg (NO3) 2 等助剂的PVZrO2催化剂及制备方法，发现在反应进行8小时后获得较高的选择性(添加NaCl的催化剂最高，为63% );中国专利CN102240564A公开了载体为Ti02、ZrO2或ZnO，活性组分为Ir-1r3+混合物的催化剂及制备方法，发现Ir含量为3%的Ir/Ti02催化剂在还原温度为300 V时，获得巴豆醛的转化率为93 %，巴豆醇的选择性为88 %;中国专利CN102886269A公开了 xFe-yZn/Ir02/Si02催化剂及制备方法，发现当Fe和Zn总摩尔量为Ir摩尔量的0.5 %，Fe与Zn的摩尔比为1: 2，并且还原温度为300°C时，巴豆醛的转化率是68.6%，巴豆醇的选择性为88.9%，表现出较好的催化性能。
[0005]这些专利及其相关研究主要针对较小颗粒的催化剂，而实际上对于工业使用，更多时候要用大颗粒催化剂，其性能与小颗粒有所区别。现有的气相加氢制备巴豆醇的催化剂大多存在易失活、稳定性差等缺点，同时催化剂的转化率和选择性也有待进一步提高。因此，为了获得更好的反应稳定性及更高的选择性，需要对大颗粒催化剂进行更深入的改性研究。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有的气相巴豆醛选择性加氢制备巴豆醇的Ir基催化剂大多存在易失活、稳定性差的缺点，提供一种改性的催化效率高、反应选择性和反应稳定性较好的用于巴豆醛选择性加氢合成巴豆醇的催化剂及其制备方法。
[0007]为解决该技术问题，本发明采用的技术方案为:
[0008]一种用于巴豆醛选择性加氢合成巴豆醇的催化剂，其特征在于:
[0009]以粒径2_3mm的SiO2为载体,第一负载层为Fe-xZn-yLa, x、y分别为Zn与Fe、La与Fe的摩尔比，X = O~5,y = 0~5, Fe-xZn_yLa/Si02载体中，Fe-Zn-La的总质量百分含量为SiO2的0.05~2.0% ;第二负载层为Ir-Pt，Ir的质量百分含量为SiO2的1.0~
5.0%, Pt =Ir的摩尔比为0.03~0.2。
[0010]催化剂采用浸溃法制备，先将载体浸溃到Fe (NO3) 3和Zn (NO3) 2、La (NO3) 3的混合水溶液中，经水浴中蒸干、焙烧、还原得到第一负载层，再将其浸溃到11*(&(^(3)3和Pt(acac)2的混合甲苯溶液中；经水浴中蒸干、焙烧、还原得到。该催化剂催化效率高、反应选择性和反应稳定性较好。
[0011]该催化剂的制备方法，采用浸溃法制备催化剂，包括如下步骤:
[0012]①按上述载体各成份比例，将SiO2粉末加入到Fe (NO3) 3和Zn (NO3) 2、La (NO3) 3的混合水溶液中；
[0013]②后于120°C烘箱中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧得到Fe-XZn-yLa/Si02载体，后于500°C氢气气氛中还原，得到Fe-xZn_yLa/Si02载体；
[0014]③按比例，将Fe-xZn-yLa/Si02载体浸溃到Ir (acac) 3和Pt (acac) 2的混合甲苯溶液中；
[0015]④后于90°C水浴中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧；后于400°C氢气气氛中还原得到催化剂。
[0016]采用上述技术方案制备的用于气相巴豆醛选择性加氢合成巴豆醇的Ir-Pt/Fe-xZn-yLa/Si02催化剂，由于Fe-xZn_yLa/Si02高温焙烧后表面形成FeOx化合物，与ZnO和La2O3形成固溶体，不但有利于Ir分散，而且改变Ir的电子云密度，促使催化剂能够在比较低的反应温度条件下表现出高的活性和稳定性、对巴豆醇有非常好的选择性，同时具有操作方法简易的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为实施例2催化剂上巴豆醛选择性加氢反应的稳定性【具体实施方式】
[0018]以下结合具体的实施例进一步阐明本发明，但本发明不局限于以下实施例。同时，比较实施例1、比较实施例2及比较实施例3作为比较实施例，用于进一步证明Ir-Pt/Fe-xZn-yLa/Si02催化剂体系的优越性。
[0019]实施例1
[0020]①按照Fe:Zn:La的摩尔比为1:0.2:0.2，Fe-Zn-La的总质量百分含量为SiO2的0.05%，分别称取一定量的 Fe (NO3) 3.9H20 和 Zn (NO3)2.6H20, La(NO3)3.6H20，加入适量水溶解并混合均匀，将相应量的2-3_的SiO2加入到混合溶液中，室温下振荡、浸溃10小时；
[0021] ②后于120 °C烘箱中蒸干液体，500 °C空气气氛下焙烧4小时得到Fe-0.2Zn-0.2La/Si02载体，后于500°C氢气气氛中还原I小时。
[0022]③按照Ir的质量百分含量为SiO2载体的3%，Pt =Ir的摩尔比为0.03，分别吸取一定量的Ir (acac) JPPt (acac) 2甲苯溶液，并混合均匀，将相应量的Fe_0.2Zn_0.2La/Si02载体加入到混合溶液中，搅拌均匀后，室温下浸溃3小时；
[0023]④后于90°C水浴中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时；
[0024]⑤后于400°C氢气气氛中还原I小时得到本发明的催化剂。
[0025]巴豆醛加氢性能测试:常压下在固定床反应器中考察，催化剂用量为0.2g，氢气/巴豆醒摩尔比为94:1,总流量为13ml/min,反应温度为80°C。加氢反应I小时与10小时的性能测试结果示于表I。
[0026]实施例2
[0027]①按照Fe:Zn:La的摩尔比为1:0.5:0.5，Fe-Zn-La的总质量百分含量为SiO2的0.1%,分别称取一定量的 Fe (NO3)3.9H20 和 Zn(NO3)2.6H20, La(NO3)3.6H20,加入适量水溶解并混合均匀，将相应量的2-3_的SiO2加入到混合溶液中，室温下振荡、浸溃10小时；
[0028]②后于120 °C烘箱中蒸干液体，500 °C空气气氛下焙烧4小时得到Fe-0.5Zn-0.5La/Si02载体，后于500°C氢气气氛中还原I小时。
[0029]③按照Ir的质量百分含量为SiO2载体的3%，Pt =Ir的摩尔比为0.03，分别吸取一定量的Ir (acac) JPPt (acac) 2甲苯溶液，并混合均匀，将相应量的Fe_0.5Zn_0.5La/Si02载体加入到混合溶液中，搅拌均匀后，室温下浸溃3小时；
[0030]④后于90°C水浴中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时；
[0031]⑤后于400°C氢气气氛中还原I小时得到本发明的催化剂。
[0032]巴豆醛加氢性能测试:常压下在固定床反应器中考察，催化剂用量为0.2g，氢气/巴豆醒摩尔比为94:1,总流量为13ml/min,反应温度为80°C。加氢反应I小时与10小时的性能测试结果示于表I。加氢反应70小时过程中催化剂的巴豆醛加氢反应稳定性示于图1o
[0033]实施例3
[0034]①按照Fe:Zn:La的摩尔比为1:0.2:2，Fe-Zn-La的总质量百分含量为SiO2的0.20%，分别称取一定量的 Fe (NO3) 3.9H20 和 Zn (NO3)2.6H20, La(NO3)3.6H20，加入适量水溶解并混合均匀，将相应量的2-3_的SiO2加入到混合溶液中，室温下振荡、浸溃10小时；
[0035]②后于120°C烘箱中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时得到Fe_0.2Zn_2La/SiO2载体,后于500°C氢气气氛中还原I小时。
[0036]③按照Ir的质量百分含量为SiO2载体的3%，Pt =Ir的摩尔比为0.05，分别吸取一定量的Ir (acac) 3和Pt (acac) 2甲苯溶液，并混合均匀，将相应量的Fe_0.2Zn_2La/Si02载体加入到混合溶液中，搅拌均匀后，室温下浸溃3小时；
[0037]④后于90°C水浴中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时；
[0038]⑤后于400°C氢气气氛中还原I小时得到本发明的催化剂。
[0039]巴豆醛加氢性能测试:常压下在固定床反应器中考察，催化剂用量为0.2g，氢气/巴豆醒摩尔比为94:1,总流量为13ml/min,反应温度为80°C。加氢反应I小时与10小时的性能测试结果示于表I。
[0040]实施例4[0041]①按照Fe:Zn:La的摩尔比为1:1:1，Fe-Zn-La的总质量百分含量为SiO2的0.20%，分别称取一定量的 Fe (NO3) 3.9H20 和 Zn (NO3)2.6H20, La(NO3)3.6H20，加入适量水溶解并混合均匀，将相应量的2-3_的SiO2加入到混合溶液中，室温下振荡、浸溃10小时；
[0042]②后于120°C烘箱中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时得到Fe-1Zn-1La/SiO2载体,后于500°C氢气气氛中还原I小时。
[0043]③按照Ir的质量百分含量为SiO2载体的3%，Pt =Ir的摩尔比为0.07，分别吸取一定量的Ir (acac) 3和Pt (acac) 2甲苯溶液，并混合均匀，将相应量的Fe-lZn_lLa/Si02载体加入到混合溶液中，搅拌均匀后，室温下浸溃3小时；
[0044]④后于90°C水浴中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时；
[0045]⑤后于400°C氢气气氛中还原I小时得到本发明的催化剂。
[0046]巴豆醛加氢性能测试:常压下在固定床反应器中考察，催化剂用量为0.2g，氢气/巴豆醒摩尔比为94:1,总流量为13ml/min,反应温度为80°C。加氢反应I小时与10小时的性能测试结果示于表I。
[0047]实施例5
[0048]①按照Fe:Zn:La的摩尔比为1:2:0.2，Fe-Zn-La的总质量百分含量为SiO2的
0.70%，分别称取一定量的 Fe (NO3) 3.9H20 和 Zn (NO3)2.6H20, La(NO3)3.6H20，加入适量水溶解并混合均匀，将相应量的2-3_的SiO2加入到混合溶液中，室温下振荡、浸溃10小时；
[0049]②后于120°C烘箱中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时得到Fe-2Zn_0.2La/SiO2载体,后于500°C氢气气氛中还原I小时。
[0050]③按照Ir的质量百分含量为SiO2载体的3%，Pt =Ir的摩尔比为0.05，分别吸取一定量的Ir (acac) 3和Pt (acac) 2甲苯溶液，并混合均匀，将相应量的Fe-2Zn_0.2La/Si02载体加入到混合溶液中，搅拌均匀后，室温下浸溃3小时；
[0051]④后于90°C水浴中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时；
[0052]⑤后于400°C氢气气氛中还原I小时得到本发明的催化剂。
[0053]巴豆醛加氢性能测试:常压下在固定床反应器中考察，催化剂用量为0.2g，氢气/巴豆醒摩尔比为94:1,总流量为13ml/min,反应温度为80°C。加氢反应I小时与10小时的性能测试结果示于表I。
[0054]实施例6
[0055]①按照Fe:Zn:La的摩尔比为1: 1: 0，Fe-Zn-La的总质量百分含量为SiO2的2.0%，分别称取一定量的Fe (NO3)3.9H20和Zn(NO3)2.6H20，加入适量水溶解并混合均匀，将相应量的2-3_的SiO2加入到混合溶液中，室温下振荡、浸溃10小时；
[0056]②后于120°C烘箱中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时得到Fe_Zn/Si02载体，后于500°C氢气气氛中还原I小时。
[0057]③按照Ir的质量百分含量为SiO2载体的3%，Pt =Ir的摩尔比为0.07，分别吸取一定量的Ir (acac) 3和Pt (acac)2甲苯溶液，并混合均匀，将相应量的Fe_Zn/Si02载体加入到混合溶液中，搅拌均匀后，室温下浸溃3小时；
[0058]④后于90°C水浴中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时；
[0059]⑤后于400°C氢气气氛中还原I小时得到本发明的催化剂。
[0060]巴豆醛加氢性能测试:常压下在固定床反应器中考察，催化剂用量为0.2g，氢气/巴豆醒摩尔比为94:1，总流量为13ml/min,反应温度为80°C。加氢反应I小时与10小时的性能测试结果示于表I。
[0061]实施例7
[0062]①按照Fe:Zn:La的摩尔比为1: O:1，Fe-Zn-La的总质量百分含量为SiO2的
0.05%,分别称取一定量的Fe (NO3)3.9H20和La(NO3)3.6H20,加入适量水溶解并混合均匀，将相应量的2-3_的SiO2加入到混合溶液中，室温下振荡、浸溃10小时；
[0063]②后于120°C烘箱中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时得到Fe_La/Si02载体，后于500°C氢气气氛中还原I小时。
[0064]③按照Ir的质量百分含量为SiO2载体的1%，Pt:1r的摩尔比为0.2，分别吸取一定量的Ir (acac) 3和Pt (acac)2甲苯溶液，并混合均匀，将相应量的Fe_La/Si02载体加入到混合溶液中，搅拌均匀后，室温下浸溃3小时；
[0065]④后于90°C水浴中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时；
[0066]⑤后于400°C氢气气氛中还原I小时得到本发明的催化剂。
[0067]巴豆醛加氢性能测试:常压下在固定床反应器中考察，催化剂用量为0.2g，氢气/巴豆醒摩尔比为94:1,总流量为13ml/min,反应温度为80°C。加氢反应I小时与10小时的性能测试结果示于表I。
[0068]实施例8
[0069]①按照Fe:Zn:La的摩尔比为1:5: 0，Fe-Zn-La的总质量百分含量为SiO2的
0.50%,分别称取一定量的Fe (NO3)3.9H20和Zn(NO3)2.6H20,加入适量水溶解并混合均匀，将相应量的2-3_的SiO2加入到混合溶液中，室温下振荡、浸溃10小时；
[0070]②后于120°C烘箱中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时得到Fe_5Zn/Si02载体，后于500°C氢气气氛中还原I小时。
[0071]③按照Ir的质量百分含量为SiO2载体的5%，Pt =Ir的摩尔比为0.05，分别吸取一定量的Ir (acac) 3和Pt (acac) 2甲苯溶液，并混合均匀，将相应量的Fe_5Zn/Si02载体加入到混合溶液中，搅拌均匀后，室温下浸溃3小时；
[0072]④后于90°C水浴中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时；
[0073]⑤后于400°C氢气气氛中还原I小时得到本发明的催化剂。
[0074]巴豆醛加氢性能测试:常压下在固定床反应器中考察，催化剂用量为0.2g，氢气/巴豆醒摩尔比为94:1,总流量为13ml/min,反应温度为80°C。加氢反应I小时与10小时的性能测试结果示于表I。
[0075]实施例9
[0076]①按照Fe:Zn:La的摩尔比为1: 0: 5，Fe-Zn-La的总质量百分含量为SiO2的
0.20%,分别称取一定量的Fe (NO3)3.9H20和La(NO3)3.6H20,加入适量水溶解并混合均匀，将相应量的2-3_的SiO2加入到混合溶液中，室温下振荡、浸溃10小时；
[0077]②后于120°C烘箱中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时得到Fe_5La/Si02载体，后于500°C氢气气氛中还原I小时。
[0078]③按照Ir的质量百分含量为SiO2载体的5%，Pt:1r的摩尔比为0.1，分别吸取一定量的Ir (acac) 3和Pt (acac) 2甲苯溶液，并混合均匀，将相应量的Fe_5La/Si02载体加入到混合溶液中，搅拌均匀后，室温下浸溃3小时；[0079]④后于90°C水浴中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧4小时；
[0080]⑤后于400°C氢气气氛中还原I小时得到本发明的催化剂。
[0081]巴豆醛加氢性能测试:常压下在固定床反应器中考察，催化剂用量为0.2g，氢气/巴豆醒摩尔比为94:1,总流量为13ml/min,反应温度为80°C。加氢反应I小时与10小时的性能测试结果示于表1。
[0082]巴豆醛加氢性能测试:常压下在固定床反应器中考察，催化剂用量为0.2g，氢气/巴豆醒摩尔比为94:1,总流量为13ml/min,反应温度为80°C。加氢反应I小时与10小时的性能测试结果示于表2。
[0083]表1:实施例催化剂的加氢活性和选择性列表
【权利要求】
1.一种用于巴豆醛选择性加氢合成巴豆醇的催化剂，其特征在于:该催化剂以粒径2-3mm的SiO2为载体，第一负载层为Fe-xZn-yLa, x、y分别为Zn与Fe、La与Fe的摩尔比，x = 0?5, y = 0?5, Fe-xZn-yLa/Si02载体中，Fe-Zn-La的总质量百分含量为SiO2的0.05?2.0% ;第二负载层为Ir-Pt，Ir的质量百分含量为SiO2的1.0?5.0%，Pt:1r的摩尔比为0.03?0.2。
2.权利要求1所述催化剂的制备方法，采用浸溃法制备，其特征在于包括如下步骤: ①按上述载体各成份比例，将SiO2粉末加入到Fe(NO3) 3和Zn (NO3) 2、La (NO3) 3的混合水溶液中； ②后于120°C烘箱中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧得到Fe-xZn-yLa/Si02载体，后于500°C氢气气氛中还原，得到Fe-xZn_yLa/Si02载体； ③按比例，将Fe-xZn-yLa/Si02载体浸溃到Ir(acac)3和Pt(acac)2的混合甲苯溶液中； ④后于90°C水浴中蒸干液体，500°C空气气氛下焙烧；后于400°C氢气气氛中还原得到催化剂。
【文档编号】C07C29/141GK103990469SQ201410245662
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】洪庆红, 潘滔, 陈玲 申请人:金华职业技术学院