一种用于制备格尔伯特醇的催化剂及其制备方法

摘要

本发明在于提供一种用于制备格尔伯特醇所用的催化剂及其制备方法。该催化剂由金属氧化物、碱金属氢氧化物、金属镍和载体组成，其中，金属氧化物、碱金属氢氧化物、金属镍和载体的含量分别为催化剂质量分数的45～90％、0.5～4％、1～4.5％、3.5～60％。本发明优点：催化剂为固体易与反应产物分离，后处理流程更加简单；该催化剂具有较高的活性和较好的稳定性，尤其具有优异的Guerber醇的选择性，对目标产物的选择性高达99％以上；本发明提供的催化剂可循环利用适合工业化生产，有很广阔的前景，符合当今社会绿色化学发展要求。

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其涉及一种用于制备格尔伯特醇的催化剂及制备方法。

背景技术

格尔伯特醇是由低分子脂肪醇经醇醛缩合，使两个醇分子在羟基β位上生成带支链的高碳异构脂肪醇，后命名为格尔伯特(Guerbet)醇，实为异构醇。

格尔伯特醇的特点是具有大支链结构、具有高的分子量，在低温下呈液体状态，刺激性低；Guerbet醇属饱和醇，具有脂肪伯醇的特性，在高温下具有良好的氧化稳定性。由于格尔伯特醇具备特殊优良性质，决定了格醇有很好的润湿性能、润滑性能和渗透性能，成为工业上一种重要的优良脂肪醇类原料；由于格尔伯特醇具有高的相对分子质量和支链结构、因而具有与直链醇不同的独特性质、低刺激性和低的熔沸点，是很好的润滑剂、富脂剂和防冻剂。

格尔伯特醇是通过低分子伯醇或仲醇通过缩合进行制备的。现有Guerbet醇多为在强碱催化剂和重金属助催化剂存在的条件下制备而得的。但该方法的反应收率一般为30～50％，收率较低，副反应多，反应条件要求高。

US3119880公开了一种制备方法，该方法是在是在碱性条件下，氧化铜-氧化钡-氧化铬催化下，加热进行脱水缩合。

US4518810公开了一种制备方法，该方法是在碱性物质和铜-镍催化剂催化下进行反应，其中，铜、镍的重量比为1∶9～9∶1。

US4800077公开了一种制备方法，该方法是在氢氧化钾存在的条件下，以镍或氧化锌为催化剂进行催化制备，这种方法收率较高，可达90％以上。但产物中含有一定量的醛和不饱和醛等副产物。

CN 1436762公开了一种制备方法，该方法是在碱性物质存在下、以特殊制备的非晶态Ni为催化剂，进行加热，脱水缩合，格醇收率可高达90％。

德国Henkel KGAA公司在特许昭61-6806.1986公开了一种制备方法，该方法是在KOH存在的条件下，以硅酸铅作催化剂，收率可达80％。

上述各方法在格尔伯特醇的制备过程中会产生不同量的皂，且产物中副产物如三聚物含量较高，且催化剂无法循环使用，对反应器造成严重的腐蚀。为除去反应生成的皂，人们做了当量的研究工作。DE-AL-2634676公开了一种除去皂的方法，该方法用酸化的溶液对反应产物进行洗涤分离，这样一来会产生含有有机物和重金属的工业废水，造成环境的污染。

DE-A-4014736公开了一种除去皂的方法，该方法采用带冷凝器的阶式反应器的方法。其中，起始物循环使用而冷凝水被分离。冷却产物中含有金属和皂。

DE 1953714公开了一种除去皂的方法，该方法是将反应产物在室温下过滤、离心、萃取除去难溶的皂，但是这将产生高金属含量的废水。

CN1226418公开了一种制备无金属和无皂的格尔伯特醇的方法，该方法避免了通常在常用纯化过程中产生大量废水。该方法通过缩合制得格尔伯特醇直接蒸馏分离，一方面得到的产物醇可能存在原料醇，另一方面得到的催化剂和可能得到的高分子量产物，反应产物可以从反应室排出。但该方法仍然无法避免反应过程中皂的产生，从而影响产物收率，催化剂无法再生循环利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制备格尔伯特醇的催化剂及制备方法，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种用于制备格尔伯特醇的催化剂，催化剂由金属氧化物、碱金属氢氧化物、金属镍和载体组成。

催化剂各组份的质量百分比为：

金属氧化物  45～90％；

碱金属氢氧化物  0.5～4％；

金属镍  1～4.5％；

载体  3.5～60％；

各组分含量之和等于100％。

优选地，得到的催化剂产品为固体催化剂。

优选地，催化剂经再生后可循环使用。

本发明还提供一种制备如上述用于制备格尔伯特醇催化剂的方法，包括如下步骤：

(1)将硝酸镍用去离子水配成溶液，氢氧化钾用去离子水配成溶液；

(2)称取氧化镁和氧化铝粉末，加入到质量浓度为10％的稀硝酸水溶液中，混合、揉捏均匀后挤条，60-80℃烘箱烘2-4小时，冷却至常温，然后开始程序升温至500-600℃焙烧4-6小时，实现固态离子交换，得到中间产品a；

(3)将步骤(2)中得到的中间产品a，加入到步骤(1)制备的氢氧化钾溶液中，浸渍3-5小时后，60-80℃烘干12-36小时，500-600℃焙烧1-4小时，得到中间产品b；

(4)将步骤(3)中得到的中间产品b，加入到步骤(1)制备的硝酸镍溶液中，浸渍2～4小时后，100-150℃烘干12-36小时，300-400℃焙烧1-4小时，使硝酸盐分解，得到中间产品c；

(5)将步骤(4)中得到的中间产品c，进行氢还原后，经研磨得到成品催化剂。

其中步骤(2)的程序升温具体步骤为，用90min从常温升温到200℃保持60min，然后升温至380℃保持60min使硝酸盐分解，然后从380℃升温至540℃。

所述步骤(1)中硝酸镍溶液的质量浓度是5-25％，氢氧化钾溶液的质量浓度是5～30％。

所述步骤(2)中烘箱在70℃烘2.5小时，升温至540℃焙烧5小时。

所述步骤(3)中，加入到步骤(1)制备的氢氧化钾溶液中，浸渍4小时后，70℃烘干24小时，540℃焙烧2小时，得到中间产品b。

所述将步骤(3)中得到的中间产品b，加入到步骤(1)制备的硝酸镍溶液中，浸渍3小时后，120℃烘干24小时，340℃焙烧2小时，使硝酸盐分解，得到中间产品c。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该催化剂具有催化效率高、稳定性强、无二次污染、可循环使用、极高的选择性等特点，本催化剂因为实现了固态离子交换，使载体具有特殊的孔结构，因为使催化剂的选择性均在92％以上，使副产物降到最低，避免了后续的产物分离问题，符合绿色化学的发展要求，适合工业化生产，具有良好的经济和社会效益。

具体实施方式

以下将对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

(1)分别称取氧化镁粉末60g、氧化铝粉末40g，加入到浓度为10％的稀硝酸水溶液中，混合、揉捏均匀后挤条，75℃烘箱烘2小时， 冷却至常温，由常温升温到200℃保持60min，升温至380℃保持60min使硝酸盐分解，升温至540℃焙烧2.5小时，实现固态离子交换，得到中间产品a；

(2)将中间产品a，加入到质量浓度为15％的氢氧化钾溶液中，浸渍4小时后，75℃烘干2小时，540℃焙烧2.5小时，得到中间产品b；

(3)将得到的中间产品b，加入到质量浓度为5％的硝酸镍溶液中，浸渍4小时后，75℃烘干24小时，冷却至常温，由常温升温到200℃保持60min，升温至380℃保持60min使硝酸盐分解，升温至540℃焙烧2.5小时，得中间产品c；

(4)中间产品c，进行氢还原后，得到成品催化剂。

将正癸醇100g和所得的催化剂5g于装有内插试温度计、分水器、回流冷凝管、氮气导气管、磁力搅拌的250mL的三口瓶中，持续通入氮气0.1L/min，快速升温至200℃，反应1.5小时，反应结束后降温，将反应产物在室温下过滤，分离催化剂，所得滤液经减压蒸馏得高纯度产品，收率为87.7％，选择性为92.4％。

实施例2

(1)分别称取氧化镁粉末60g、氧化铝粉末40g，加入到浓度为10％的稀硝酸水溶液中，混合、揉捏均匀后挤条，75℃烘箱烘2小时，冷却至常温，由常温升温到200℃保持60min，升温至380℃保持60min使硝酸盐分解，升温至540℃焙烧2.5小时，实现固态离子交换，得到中间产品a；

(2)将中间产品a，加入到质量浓度为15％的氢氧化钾溶液中，浸渍2小时后，80℃烘干4小时，600℃焙烧4小时，得到中间产品b；将得到的中间产品b；

(3)将得到的中间产品b，加入到质量浓度为10％的硝酸镍溶液中，浸渍5小时后，80℃烘干2小时，冷却至常温，由常温升温到200℃保持60min，升温至400℃保持60min使硝酸盐分解，升温至600℃焙烧2.5小时，得中间产品c；

(4)中间产品c，进行氢还原后，得到成品催化剂。

将正癸醇100g和所得的催化剂5g于装有内插试温度计、分水器、回流冷凝管、氮气导气管、磁力搅拌的250mL的三口瓶中，持续通入氮气0.1L/min，快速升温至200℃，反应1.5小时，反应结束后降温，将反应产物在室温下过滤，分离催化剂，所得滤液经减压蒸馏得高纯度产品，收率为89.2％，选择性为94.3％。

实施例3

(1)分别称取氧化镁粉末60g、氧化铝粉末40g，加入到浓度为10％的稀硝酸水溶液中，混合、揉捏均匀后挤条，75℃烘箱烘2小时，冷却至常温，由常温升温到200℃保持60min，升温至380℃保持60min使硝酸盐分解，升温至540℃焙烧2.5小时，实现固态离子交换，得到中间产品a；

(2)将中间产品a，加入到质量浓度为15％的氢氧化钾溶液中，浸渍4小时后，60℃烘干4小时，600℃焙烧4小时，得到中间产品b；

(3)将得到的中间产品b，加入到质量浓度为15％的硝酸镍溶液中，浸渍3小时后，60℃烘干4小时，冷却至常温，由常温升温到200 ℃保持60min，升温至380℃保持60min使硝酸盐分解，升温至540℃焙烧2.5小时，得中间产品c；

(4)中间产品c，进行氢还原后，得到成品催化剂。

将正癸醇100g和所得的催化剂5g于装有内插试温度计、分水器、回流冷凝管、氮气导气管、磁力搅拌的250mL的三口瓶中，持续通入氮气0.1L/min，快速升温至200℃，反应1.5小时，反应结束后降温，将反应产物在室温下过滤，分离催化剂，所得滤液经减压蒸馏得高纯度产品，收率为92.4％，选择性为96.0％。

实施例4

(1)分别称取氧化镁粉末60g、氧化铝粉末40g，加入到浓度为10％的稀硝酸水溶液中，混合、揉捏均匀后挤条，75℃烘箱烘2小时，冷却至常温，由常温升温到200℃保持60min，升温至380℃保持60min使硝酸盐分解，升温至540℃焙烧2.5小时，实现固态离子交换，得到中间产品a；

(2)将中间产品a，加入到质量浓度为15％的氢氧化钾溶液中，浸渍4小时后，80℃烘干2小时，500℃焙烧2小时，得到中间产品b；

(3)将得到的中间产品b，加入到质量浓度为20％的硝酸镍溶液中，浸渍4小时后，70℃烘干3小时，冷却至常温，由常温升温到200℃保持60min，升温至380℃保持60min使硝酸盐分解，升温至540℃焙烧2.5小时，得中间产品c；

(4)中间产品c，进行氢还原后，得到成品催化剂。

将正癸醇100g和所得的催化剂5g于装有内插试温度计、分水器、回流冷凝管、氮气导气管、磁力搅拌的250mL的三口瓶中，持 续通入氮气0.1L/min，快速升温至200℃，反应1.5小时，反应结束后降温，将反应产物在室温下过滤，分离催化剂，所得滤液经减压蒸馏得高纯度产品，收率为95.0％，选择性为99.4％。

实施例5

(1)分别称取氧化镁粉末60g、氧化铝粉末40g，加入到浓度为10％的稀硝酸水溶液中，混合、揉捏均匀后挤条，75℃烘箱烘2小时，冷却至常温，由常温升温到200℃保持60min，升温至380℃保持60min使硝酸盐分解，升温至540℃焙烧2.5小时，实现固态离子交换，得到中间产品a；

(2)将中间产品a，加入到质量浓度为15％的氢氧化钾溶液中，浸渍4小时后，75℃烘干2小时，540℃焙烧2.5小时，得到中间产品b；

(3)将得到的中间产品b，加入到质量浓度为2t％的硝酸镍溶液中，浸渍4小时后，75℃烘干2小时，冷却至常温，由常温升温到200℃保持60min，升温至380℃保持60min使硝酸盐分解，升温至540℃焙烧2.5小时，得中间产品c；

(4)中间产品c，进行氢还原后，得到成品催化剂。

将正癸醇100g和所得的催化剂g于装有内插试温度计、分水器、回流冷凝管、氮气导气管、磁力搅拌的250mL的三口瓶中，持续通入氮气0.1L/min，快速升温至200℃，反应1.5小时，反应结束后降温，将反应产物在室温下过滤，分离催化剂，所得滤液经减压蒸馏得高纯度产品，收率为95.6％，选择性为99.5％。

实施例6

本发明还提供一种述用于制备格尔伯特醇催化剂的应用，其特征在于包括如下步骤：

反应前，向反应器中通氮气排空气，在反应器中加入脂肪醇、3.9～7.5％脂肪醇重量的催化剂，在搅拌下，持续通入氮气0.05～0.4L/min，升温至190～260℃反应2～3小时，反应结束后降温，将反应产物在室温下过滤，分离催化剂，滤液经减压蒸馏得产品，无需再纯化。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。