本發明屬于催化劑，尤其涉及一種金屬改性cu/mgo催化劑及其制備方法和在糠醛制戊二醇中的應用。

背景技術：

1、生物質是一種可再生碳資源，具有價格低、資源豐富、可再生周期短等優點。常作為替代化石資源生產燃料和化學品的可靠來源，可轉化為高附加值化合物、化學平臺分子等。其中，糠醛作為一種由生物質水解得到的重要有機化工原料，是呋喃環系最重要的衍生物。目前，糠醛是通過農業和林業廢物中的半纖維素經酸性水解生產的，全球年產量超過65萬噸。糠醛的化學性質活潑，可轉化為多種化學品，被廣泛應用于醫藥、農藥等工業。糠醛加氫可生產糠醇、2-甲基呋喃、2-甲基四氫呋喃、四氫糠醇、1,5-戊二醇、1,2-戊二醇等重要工業產品，其中的戊二醇是一種重要的化工原料。

2、1,2-戊二醇是一種重要的有機原料，全球80％的1,2-戊二醇都應用于殺菌劑丙環唑的合成，同時因其具有優異的保濕和防腐性能，也被廣泛用于高端護膚、嬰兒護理、防曬等各類化妝產品。此外，1,2-戊二醇還常被用于聚酯纖維、表面活性劑、醫藥等相關領域。而1,5-戊二醇是重要的醫藥中間體，在增塑劑、化妝品和合成香料等多個領域均具有廣闊的應用前景。在工業上，1,2-戊二醇和1,5-戊二醇主要是通過石油的選擇性氧化還原反應獲得的。但這一過程存在著路線復雜、目標產品產量低、石油不可再生等問題，難以大規模擴大生產。因此糠醛選擇性氫解制1,2-戊二醇和1,5-戊二醇具有相當的優越性。在該反應中，首先，糠醛氫化成糠醇，然后呋喃醇發生氫解，c5-o1鍵分別斷裂生成1,2-戊二醇，c2-o1鍵分別斷裂生成1,5-戊二醇，由于所有的反應物原子都被利用，因此這個過程的原子利用率很高。

3、然而，糠醛氫解具有多條并聯或串聯的反應途徑，存在多處c＝c鍵、c-o鍵、c-o-c鍵等位置斷鏈、加氫，副產物眾多，因而對于選擇性氫化、開環制備1,2-戊二醇和1,5-戊二醇具有一定的挑戰性，且目前糠醛氫解制備1,2-戊二醇和1,5-戊二醇普遍采用貴金屬催化劑ru、pt、pd等，存在目標產物收率低、反應條件苛刻、催化劑制備價格高昂等問題。

技術實現思路

1、為解決上述技術問題，本發明提出了一種金屬改性cu/mgo催化劑及其制備方法和在糠醛制戊二醇中的應用。

2、為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

3、本發明提供了一種金屬改性cu/mgo催化劑，所述金屬改性cu/mgo催化劑的組成為cu/mgo-m，其中，m為ca、zn和co中的任意一種，m的質量為氧化鎂質量的2～15％，cu的負載量為金屬改性cu/mgo催化劑質量的5～35％。

4、技術原理：本發明提供的金屬改性cu/mgo催化劑由cu、mgo和m組成，cu作為金屬活性中心發揮主要的催化作用應用于糠醛加氫，mgo和m共同作為載體，一方面用于負載cu，另一方面用于負載反應底物和提供堿性位點；通過在cu/mgo催化劑的基礎上增加金屬載體m，金屬載體m可以進一步提高載體的堿性位，并且在催化劑的制備過程中，金屬載體m能夠被部分還原，在表面形成氧空位，有利于底物在催化劑上的吸附，進而提高了催化劑的選擇性。本發明提供的金屬改性cu/mgo催化劑在較溫和條件下對糠醛具有良好的氫解活性和選擇性，同時不產生明顯聚合物。

5、進一步地，所述m為ca或zn，m的質量為氧化鎂質量的10～15％，cu的負載量為金屬改性cu/mgo催化劑質量的15～30％。

6、本發明提供上述技術方案所述的金屬改性cu/mgo催化劑的制備方法，包括如下步驟：

7、s1.將銅鹽、鎂鹽和m鹽溶于水中，攪拌得到鹽溶液；

8、s2.將氫氧化鈉和碳酸鈉溶于水中，攪拌得到堿溶液；

9、s3.在攪拌狀態下，將步驟s1得到的鹽溶液加入步驟s2得到的堿溶液中，然后經老化、過濾、洗滌和烘干，得到前驅體；

10、s4.將步驟s3得到的前驅體依次進行焙燒和還原，得到所述金屬改性cu/mgo催化劑；

11、步驟s1和步驟s2沒有先后順序。

12、進一步地，步驟s1中，所述銅鹽為硝酸銅，所述鎂鹽為硝酸鎂，所述m鹽為硝酸鈣、硝酸鋅或硝酸鈷。

13、進一步地，步驟s1中，所述銅鹽中的銅、鎂鹽中的鎂和m鹽中的m的物質的量之比為5:72:(1～5)。

14、進一步地，步驟s2中，所述堿溶液中氫氧化鈉的摩爾濃度為鹽溶液中所有金屬陽離子摩爾濃度的1.8倍，碳酸鈉的摩爾濃度為鹽溶液中cu2+摩爾濃度的2倍。

15、進一步地，步驟s3中，步驟s1得到的鹽溶液的加入量為直至步驟s2得到的堿溶液的ph值為10±0.5；和/或，

16、所述老化的溫度為70℃，老化的時間為4h。

17、進一步地，步驟s4中，所述焙燒的溫度為500℃，焙燒的時間為4h；和/或，

18、所述還原的溫度為260℃，還原的時間為2h，還原的氣氛為氫氣。

19、本發明還提供了上述技術方案所述的金屬改性cu/mgo催化劑在糠醛制戊二醇中的應用。

20、進一步地，所述糠醛制戊二醇的反應溫度為160℃，起始壓力為5mpa，反應時間為8h，反應溶劑為乙醇；和/或，

21、所述戊二醇為1,2-戊二醇和1,5-戊二醇中的一種或兩種。

22、與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果：

23、1、本發明提供的金屬改性cu/mgo催化劑對糠醛制戊二醇反應具有高活性和高選擇性的優點，且使用非貴金屬。

24、2、本發明提供的金屬改性cu/mgo催化劑的制備方法操作簡單、回收簡便、產物易分離，可循環使用。

25、3、本發明中糠醛制戊二醇的反應溶劑為乙醇，乙醇價格低廉，來源廣泛，是一種綠色溶劑，具有生產成本低，綠色環保等優點。

技術特征：

1.一種金屬改性cu/mgo催化劑，其特征在于，所述金屬改性cu/mgo催化劑的組成為cu/mgo-m，其中，m為ca、zn和co中的任意一種，m的質量為氧化鎂質量的2～15％，cu的負載量為金屬改性cu/mgo催化劑質量的5～35％。

2.根據權利要求1所述的金屬改性cu/mgo催化劑，其特征在于，所述m為ca或zn，m的質量為氧化鎂質量的10～15％，cu的負載量為金屬改性cu/mgo催化劑質量的15～30％。

3.權利要求1～2任一項所述的金屬改性cu/mgo催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

4.根據權利要求3所述的金屬改性cu/mgo催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述銅鹽為硝酸銅，所述鎂鹽為硝酸鎂，所述m鹽為硝酸鈣、硝酸鋅或硝酸鈷。

5.根據權利要求3所述的金屬改性cu/mgo催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述銅鹽中的銅、鎂鹽中的鎂和m鹽中的m的物質的量之比為5:72:(1～5)。

6.根據權利要求3所述的金屬改性cu/mgo催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述堿溶液中氫氧化鈉的摩爾濃度為鹽溶液中所有金屬陽離子摩爾濃度的1.8倍，碳酸鈉的摩爾濃度為鹽溶液中cu2+摩爾濃度的2倍。

7.根據權利要求3所述的金屬改性cu/mgo催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s3中，步驟s1得到的鹽溶液的加入量為直至步驟s2得到的堿溶液的ph值為10±0.5；和/或，

8.根據權利要求3所述的金屬改性cu/mgo催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s4中，所述焙燒的溫度為500℃，焙燒的時間為4h；和/或，

9.權利要求1～2任一項所述的金屬改性cu/mgo催化劑在糠醛制戊二醇中的應用。

10.根據權利要求9所述的在金屬改性cu/mgo催化劑在糠醛制戊二醇中的應用，其特征在于，所述糠醛制戊二醇的反應溫度為160℃，起始壓力為5mpa，反應時間為8h，反應溶劑為乙醇；和/或，

技術總結
本發明公開了一種金屬改性Cu/MgO催化劑及其制備方法和在糠醛制戊二醇中的應用，屬于催化劑技術領域。本發明提供的金屬改性Cu/MgO催化劑由Cu、MgO和M組成，Cu作為金屬活性中心發揮主要的催化作用應用于糠醛加氫，MgO和M共同作為載體，一方面用于負載Cu，另一方面用于負載反應底物和提供堿性位點；通過在Cu/MgO催化劑的基礎上增加金屬載體M，金屬載體M可以進一步提高載體的堿性位，并且在催化劑的制備過程中，金屬載體M能夠被部分還原，在表面形成氧空位，有利于底物在催化劑上的吸附，進而提高了催化劑的選擇性，催化劑在較溫和條件下對糠醛具有良好的氫解活性和選擇性，同時不產生明顯聚合物。

技術研發人員：吳小平,李明戈,孟慶偉,王鐵軍,杜錦輝,李澤鍵,宋欣園
受保護的技術使用者：廣東工業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28