水滑石基磁性Co/Al_2O_3催化剂在乙酰丙酸加氢制备γ-戊内酯反应中的应用（英文）  

Magnetic Co/Al_2O_3 catalyst derived from hydrotalcite for hydrogenation of levulinic acid to γ-valerolactone

作　　者：龙向东[1] 孙鹏[1] 李泽龙[1] 郎睿[1] 夏春谷[1] 李福伟[1] 

机构地区：[1]中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室,甘肃兰州730000

出　　处：《催化学报》2015年第9期1512-1518,共7页

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China(21133011,21373246);Hundred-Talent Programme of the Chinese Academy of Sciences;Lanzhou Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences~~

摘　　要：γ-戊内酯广泛应用于食品添加剂、燃料添加剂、溶剂、汽油、柴油以及多种化工中间体的合成,由于其上游原料乙酰丙酸是重要的生物质基平台化合物已实现了工业化生产,因此发展其高效、可循环使用的催化合成新体系是近年来生物质催化转化的研究热点之一.目前使用的多相催化剂体系主要是浸渍法制备的负载型金属纳米颗粒催化剂,活性金属主要有Ru,Pd,Pt,Au,Cu,Ni等.由于乙酰丙酸制备γ-戊内酯反应是一个酸性的含水体系,在高温、高压条件下,使用浸渍法得到的催化剂特别是非贵金属催化剂容易发生活性金属的聚集、流失,从而使得催化剂重复使用的效果不佳.从非贵金属替代贵金属和提高催化剂稳定性这两点入手,本论文以水滑石为合成催化剂的单一前驱体,将非贵金属(Cu,Ni,Fe,Co)掺入到水滑石的结构骨架中,通过直接氢气焙烧还原制得了高负载量的负载型金属纳米颗粒多相催化剂.将制得的催化剂应用于乙酰丙酸加氢反应,其催化活性顺序为:Co>Ni>Cu>Fe.制备出了5种不同Co/Al比的Co基催化剂,其中4Co/Al2O3催化剂在H2(5 MPa)、180 oC条件下,显示出了类似贵金属钌催化剂的活性和选择性,乙酰丙酸在3 h内完全转化,γ-戊内酯的选择性高达99%.为了进一步了解催化剂的结构与其活性和稳定性之间的关系,我们采用X射线粉末衍射仪(XRD),氢气程序升温还原(H2-TPR),X射线光电子能谱(XPS),透射电子显微镜(TEM)等表征手段研究了催化剂的形貌和结构.TEM结果表明,以水滑石为前驱体制备的Co催化剂中负载的Co纳米颗粒的平均粒径在25–30 nm,而用浸渍法制备的相同负载量的Co催化剂的Co纳米颗粒粒径大于150 nm.相应的催化反应结果表明,前者的催化活性要远好于后者.水滑石前驱体的H2-TPR实验结果表明,随着Co/Al比增加,其还原峰向低温方向位移.这是由于Al含量的减少,导致金属Co离子周�The efficient hydrogenation of levulinic acid（LA） to γ-valerolactone（GVL） over a hydrotalcite-derived non-precious metal Co/Al2O3 catalyst was achieved. Its core-shell structure and a strong interaction between Co and Al species stabilized the Co particles against leaching and sintering. This magnetic non-precious metal catalyst showed a comparable catalytic performance to a commercial Ru/C for the liquid hydrogenation of LA. It was easily separated from the reaction medium with an external magnet. The catalyst exhibited excellent recyclability, complete LA conversion and 99% GVL selectivity, and would be useful in a large scale biorefinery.

关 键 词：生物质转化 乙酰丙酸 γ-戊内酯 稳定碱金属催化剂 核壳结构 钴 

分 类 号：O623.624[理学—有机化学] O643.36[理学—化学]