一种复合催化剂及其制备方法和应用与流程

本申请涉及航空燃油添加剂的制备领域，更具体地说，它涉及一种复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、2，2，3-三甲基丁烷(简称triptane)是一种常用航空燃油添加剂，其主要的原料源自化石碳原子，诸如石油、煤炭等，因而会增加新的二氧化碳来源，不利于碳中和循环，故此以非化石来源，即生物来源原料制备2，2，3-三甲基丁烷的工艺也就应运而生。

2、相关技术中的制备工艺包括：从生物异丁醇出发先和生物甲酸和生物甲醇反应，合成特戊酸甲酯，再和生物甲醇制得的氯甲基格氏试剂反应得到2，2，3-三甲基丁醇，然后先脱水得到2，2，3-三甲基-1-丁烯，最后氢化还原，即可得到2，2，3-三甲基丁烷。

3、但是其中2，2，3-三甲基丁醇要经过两步反应才能得到2，2，3-三甲基丁烷，其过程比较复杂，收率也较低，并且脱水和氢化还原也要用到很高的温度(80℃左右)和压力(20-25atm)，产业化成本较高，危险性更大，因而不利于产业化发展。

4、虽然部分文献也有报道一步法的实施，即将2，2，3-三甲基丁醇转化为2，2，3-三甲基丁烷，但是，需要三氯化铝和镍硅藻土做催化剂，且反应温度要250℃，反应压力要100个大气压，所得收率也只有48.5％，很难实现产业化。

5、综上，迫切需要提供一种步骤简易，且常温常压条件即可将2，2，3-三甲基丁醇一步转化为2，2，3-三甲基丁烷的复合催化剂及生产方法。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本申请特提供一种复合催化剂及其制备方法和应用，该复合催化剂在应用于2，2，3-三甲基丁醇一步转化为2，2，3-三甲基丁烷的反应体系中后，除具有显著简化反应条件的优点外，所得2,2,3-三甲基丁烷的收率可达85-95％、纯度99.5％以上。

2、第一方面，本申请提供一种复合催化剂，采用如下的技术方案：

3、一种复合催化剂，由如下重量百分比的组分组成：钯碳1-10％、无机硅胶载体5-50％、酸性溶剂为余量。

4、通过采用上述技术方案，由上述钯碳、无机硅胶载体和酸性溶剂共混而成的复合催化剂，其在应用于一步法制2，2，3-三甲基丁烷的反应中时，仅常温常压条件即可进行，且收率可达85-95％、纯度99.5％以上；

5、分析其原因如下：其无机硅胶载体可通过特有的孔径结构对钯碳进行嵌合，并形成负载钯碳的蜂窝结构，极大程度强化了钯碳的稳定性和长效性，此外所使用的酸性溶剂除能高效激活钯碳的催化活性外，还可通过作用于无机硅胶载体，增强其对钯碳的嵌合能力。

6、优选的，所述钯碳为纳米级，其钯含量为1-10％、含水量为0.1-70％。

7、通过采用上述技术方案，最低仅需1％的钯炭即可实现催化，超出10％后其效果不再提升，且安全性较差，故此以5％的钯炭含量作为优选，其含水量亦是基于安全性的目的适当调整其含量的。

8、优选的，所述无机硅胶载体包含细孔硅胶、b型硅胶、大孔硅胶和c型硅胶中的一种或多种。

9、通过采用上述技术方案，特定孔径和构型的硅胶更适用于负载钯碳，且不同硅胶间还可通过其空间复配，实现对钯碳更稳定的嵌合，其中以大孔硅胶和c型硅胶的复配为最优例；

10、需特别说明的是：本申请中所采用细孔硅胶的孔径为1-5nm、b型硅胶的孔径为4.5-7nm、大孔硅胶的孔径为10-60nm、c型硅胶的孔径为5-10nm，均能有效对钯碳进行嵌合及负载。

11、优选的，所述无机硅胶载体中还包含占无机硅胶载体总重量1-10％的有机酸稀土盐。

12、优选的，所述有机酸稀土盐选自醋酸镧和醋酸铈中的一种或多种。

13、优选的，所述有机酸稀土盐由醋酸镧和醋酸铈按重量比1:(0.1-0.2)组成。

14、通过采用上述技术方案，上述组分或配比的有机酸稀土盐，其可进一步强化钯碳的催化效果，且多组分间还具有一定复配效果，以醋酸镧和醋酸铈的复配为最优例，此外当酸性溶剂包含醋酸时其效果更优。

15、优选的，所述酸性溶剂由醋酸和/或甲酸组成。

16、优选的，所述酸性溶剂由醋酸和甲酸按重量比1:(3-10)组成。

17、通过采用上述技术方案，上述组分或配比的酸性溶剂，除能作用于钯碳和/或有机酸稀土盐，激活其协同催化效果外，还可通过作用于无机硅胶载体增强其对钯碳和/或有机酸稀土盐的负载能力。

18、第二方面，本申请提供一种复合催化剂的制备方法，具体步骤如下：

19、s1、先将无机硅胶载体以200-300℃活化10-30min，得到无机硅胶载体的预制微胶；

20、s2、再将无机硅胶载体的预制微胶与钯碳加入到酸性溶剂中，于20-40℃下混合30-60min，待无机硅胶载体在酸性溶剂的作用下充分包覆钯碳，即制得复合催化剂。

21、通过采用上述技术方案，显著简化工艺条件的同时，其成品质量易于把控，其硅胶混合物可在酸性溶剂的作用下均可充分包覆钯碳，继而保障钯碳的催化活性，并且借助了硅胶本身酸性的特点。

22、第三方面，本申请提供一种复合催化剂的应用，2，3-三甲基丁醇转化为2，2，3-三甲基丁烷的生产方法中，复合催化剂的用量为原料质量的1-10％、反应温度为15-80℃、反应压力为0-1mpa。

23、通过采用上述技术方案，在钯碳、无机硅胶载体和酸性溶剂三者的复配作用下，显著降低了一步法的反应条件，仅需1％用量即可高效完成反应，且反应条件仅需常温常压，具有较高的经济效益。

24、综上所述，本申请具有以下有益效果：

25、1、本申请通过钯碳、硅胶组合物和酸性溶剂的复配，显著降低了反应条件的同时，所得产品的收率可达85-95％、纯度99.5％在以上，因而具备极高的产业和环保效益；2、本申请中所加入的有机酸稀土盐，其可进一步强化钯碳的催化效果，且多组分间还具有一定复配效果，以醋酸镧和醋酸铈的复配为最优例，此外当酸性溶剂包含醋酸时其效果更优；

26、3、本申请中复合催化剂的制备方法，其易于操作的同时，各项条件易于控制，且硅胶混合物可在酸性溶剂的作用下充分包覆钯碳，继而保障了钯碳的催化活性，并且利用硅胶本身酸性的特点；

27、4、本申请中的复合催化剂，其在应用于2，2，3-三甲基丁醇转化为2，2，3-三甲基丁烷的生产方法中后，仅需1％用量即可高效完成反应，且反应条件仅需常温常压。

技术特征：

1.一种复合催化剂，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：钯碳1-10%、无机硅胶载体5-50%、酸性溶剂为余量。

2.根据权利要求1所述的复合催化剂，其特征在于，所述钯碳为纳米级，其钯含量为1-10%、含水量为0.1-70%。

3.根据权利要求1所述的复合催化剂，其特征在于，所述无机硅胶载体包含细孔硅胶、b型硅胶、大孔硅胶和c型硅胶中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的复合催化剂，其特征在于，所述无机硅胶载体中还包含占无机硅胶载体总重量1-10%的有机酸稀土盐。

5.根据权利要求4所述的复合催化剂，其特征在于，所述有机酸稀土盐选自醋酸镧和醋酸铈中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的复合催化剂，其特征在于，所述有机酸稀土盐由醋酸镧和醋酸铈按重量比1:(0.1-0.2)组成。

7.根据权利要求1或5所述的复合催化剂，其特征在于，所述酸性溶剂由醋酸和/或甲酸组成。

8.根据权利要求7所述的复合催化剂，其特征在于，所述酸性溶剂由醋酸和甲酸按重量比1:(3-10)组成。

9.权利要求1-8任一所述的复合催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

10.权利要求1-8任一所述的复合催化剂的应用，其特征在于，2，2，3-三甲基丁醇转化为2，2，3-三甲基丁烷的生产方法中，复合催化剂的用量为原料质量的1-10%、反应温度为15-80℃、反应压力为0-1mpa。

技术总结
本申请涉及航空燃油添加剂的制备领域，更具体地说，它涉及一种复合催化剂及其制备方法和应用。复合催化剂，由如下重量百分比的组分组成：钯碳1‑10%、无机硅胶载体5‑50%、酸性溶剂为余量。应用本申请中复合催化剂的2，2，3‑三甲基丁烷制备工艺，其仅需常压和室温反应，就可以得到产品，易于工业化的同时，收率可达85‑95%，纯度99.5%以上。

技术研发人员：牟家鹏,胡伟杰,王文华
受保护的技术使用者：上海巧坤化工科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12