一种钨基分子筛催化剂及其制备方法以及环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法

技术领域

本发明涉及固液多相催化领域，特别涉及一种钨基分子筛催化剂及其制备方法以及环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法。

背景技术

戊二醛(GA)是一种无色或浅黄色的油状液体，常温下常以50％水溶液保存。它是一种重要的饱和直链脂肪族二元醛，是重要的精细化工产品和中间体。戊二醛被广泛应用于化学灭菌剂、生物组织修复剂以及食品、化妆品的防腐剂等，现在更广泛应用于有机合成中间体、制药等行业。戊二醛还用作电子显微镜和彩色显像管的坚膜剂。在医药工业上，可用于生产中枢兴奋药山梗菜碱盐酸盐。用于处理污水、水基金属加工冷却润滑剂防腐和用作水系统铜合金和铁基材料的缓蚀剂。另外在食品工业、塑料、涂料、黏合剂、染料、香料、纺织、造纸、印刷、照相等行业推广使用。

目前国内外合成戊二醛的主要方法有吡啶法、戊二醇氧化法、戊二酸法、丙烯醛法以及环戊烯氧化法，其中最具发展前景的合成路线是环戊烯氧化法。环戊烯催化氧化合成戊二醛的路线，主要有臭氧氧化法、氧化物氧化法、环戊基邻二醇氧化法、空气氧化法、双氧水氧化法等。其中氧化剂选择过氧化氢，成本低，原料供应充足，工艺清洁，目前国内外对此研究较多，而且工艺路线短,反应条件温和,无需高温高压装置,具有广阔的发展前景。

目前此反应所用的催化剂通常是钼化合物、钨化合物、杂多酸、复合金属氧化物等，在部分工艺中将活性组分钨负载到介孔分子筛上的钨基分子筛催化剂也得到了很好的应用。

中国专利CN110372483A和CN1680032A分别公布了两种以过氧化氢水溶液为氧化剂选择性氧化环戊烯制备戊二醛的新型钨基分子筛催化剂的制备方法。都是通过在合成的全硅介孔分子筛骨架中引入具有催化活性的钨源而制得的，但是其催化效果并不理想，目标产物戊二醛的收率为56.9～75.1％，戊二醛选择性为73.5～82％，其催化效果比较一般，催化剂活性和选择性均有待提高。

戊二醛作为重要的化工中间体和化工原料，其地位日渐显现。但是由于工艺条件限制和转化率低，戊二醛的产量始终得不到较大的发展。因此开发绿色，高效的催化剂是解决当前环戊烯催化氧化法制备戊二醛的主要方向，具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中催化剂催化效果不理想，环戊烯催化氧化制备戊二醛的收率低的技术问题。本发明提供了一种钨基分子筛催化剂及其制备方法以及环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，可提高环戊烯催化氧化制备戊二醛的效果，提高戊二醛的收率。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种钨基分子筛催化剂的制备方法，钨基分子筛催化剂用于环戊烯催化氧化制备戊二醛，钨基分子筛催化剂为在合成分子筛中引入具有活性的钨分子制备得到，包括以下步骤：

(1)将表面活性剂和蒸馏水加入酸中，升温搅拌溶解，加入硅源，然后加入钨源，混合搅拌老化；

(2)将步骤(1)老化后的混合物进行高温结晶，然后经过滤、洗涤、煅烧得到钨基分子筛催化剂；

其中，表面活性剂为Pluronic P123三嵌段聚合物EO20PO70EO20。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种钨基分子筛催化剂的制备方法，硅源为正硅酸乙酯，钨源为钨酸钠，酸为盐酸。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种钨基分子筛催化剂的制备方法，Pluronic P123三嵌段聚合物EO20PO70EO20、蒸馏水、盐酸、正硅酸乙酯、钨酸钠的摩尔比为0.3：1.5：115.0：20.0：1.0-2.0。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种钨基分子筛催化剂的制备方法，步骤(1)中，老化的温度为30-50℃，老化时间为12-24小时；

步骤(2)中，结晶的晶化温度为80-100℃，晶化时间为68-74小时；煅烧温度为500-700℃，煅烧时间为4-6小时。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种钨基分子筛催化剂的制备方法，老化的温度为40℃；晶化温度为95℃，晶化时间为72小时；煅烧温度为600℃，煅烧时间为5小时。

本发明的实施方式还公开了一种钨基分子筛催化剂，由上述制备方法制备得到，钨基分子筛催化剂中钨酸钠的质量负载量为2-15％。

本发明的实施方式还公开了一种环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

将上述钨基分子筛催化剂与反应溶剂混合，升温后加入过氧化氢溶液，混合均匀，加入环戊烯，经催化氧化反应制得戊二醛；

钨基分子筛催化剂的添加量为环戊烯质量的1-5％；

环戊烯和过氧化氢摩尔比为1.5-2.5。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，反应溶剂选自叔丁醇、异丙醇、苯甲醇、乙二醇的一种或几种。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，反应温度为35-50℃，反应时间为5-8小时。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，环戊烯和过氧化氢摩尔比为2.0；反应温度为40-45℃，反应时间为6-7小时。

相对于现有技术，本申请取得如下效果：

(1)利用本发明制备的钨基分子筛催化剂催化环戊烯制备戊二醛的反应，反应结束后，环戊烯转化率可以达到100％，目标产物戊二醛选择性可达到91.2％，收率最高为89.1％，选择性和收率均高于目前大部分同类工艺；

(2)反应条件温和，稳定性好；催化剂结构稳定，经回收3次后仍有较高活性，可重复利用，且制备过程简单。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明中环戊烯催化氧化制备戊二醛的反应路线如下所示：

本发明各实施例所用原料试剂及来源如表1所示。

表1制备过程中的原料试剂及来源

其中，

一、钨基分子筛催化剂制备实施例：

实施例1

一种钨基分子筛催化剂，其制备方法包括以下步骤：

(1)将5g Pluronic三嵌段聚合物(EO20PO70EO20)和28g蒸馏水分别加入150mL 2M稀盐酸中，并在40℃下搅拌4小时；

(2)加入10g正硅酸乙酯(TEOS)，在40℃下继续搅拌30分钟；

(3)加入13mL配置好的钨酸钠水溶液(Na

(4)上述物料转移至聚四氟乙烯反应釜中，在95℃下结晶3天，过滤固体产物，用蒸馏水洗涤，并在室温下干燥；

(5)将物料在马弗炉中于600℃下煅烧5小时以去除模板，所得物料可直接用作催化剂而无需进一步处理。

实施例2

一种钨基分子筛催化剂，其制备方法包括以下步骤：

(1)将5g Pluronic三嵌段聚合物(EO20PO70EO20)和28g蒸馏水分别加入150mL 2M稀盐酸中，并在40℃下搅拌4小时；

(2)加入10g正硅酸乙酯(TEOS)，在40℃下继续搅拌30分钟；

(3)加入26mL配置好的钨酸钠水溶液(Na

(4)上述物料转移至聚四氟乙烯反应釜中，在95℃下结晶3天，过滤固体产物，用蒸馏水洗涤，并在室温下干燥；

(5)将物料在马弗炉中600℃下煅烧5小时以去除模板，所得物料可直接用作催化剂而无需进一步处理。

二、钨基分子筛催化剂催化氧化环戊烯制备戊二醛应用例：

应用例1

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1制备得到的钨基分子筛催化剂0.2g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂叔丁醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(2)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(3)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(4)滴加完毕后，继续反应4h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(5)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

制得的钨基分子筛催化剂负载量为5％。

应用例2

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1制备得到的钨基分子筛催化剂0.2g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂异丙醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(2)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(3)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(4)滴加完毕后，继续反应4h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(5)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

应用例3

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1制备得到的钨基分子筛催化剂0.2g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂苯甲醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(2)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(3)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(4)滴加完毕后，继续反应4h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(5)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

应用例4

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1制备得到的钨基分子筛催化剂0.2g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂乙二醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(2)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(3)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(4)滴加完毕后，继续反应4h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(5)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

应用例5

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1制备得到的钨基分子筛催化剂0.07g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂叔丁醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(2)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(3)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(4)滴加完毕后，继续反应4h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(5)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

应用例6

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1制备得到的钨基分子筛催化剂0.14g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂叔丁醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(2)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(3)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(4)滴加完毕后，继续反应4h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(5)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

应用例7

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1制备得到的钨基分子筛催化剂0.27g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂叔丁醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(2)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(3)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(4)滴加完毕后，继续反应4h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(5)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

应用例8

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1制备得到的钨基分子筛催化剂0.34g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂叔丁醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(2)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(3)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(4)滴加完毕后，继续反应4h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(5)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

应用例9

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1制备得到的钨基分子筛催化剂0.2g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂叔丁醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(2)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(3)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(4)滴加完毕后，继续反应2h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(5)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

应用例10

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1制备得到的钨基分子筛催化剂0.2g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂叔丁醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(2)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(3)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(4)滴加完毕后，继续反应6h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(5)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

应用例11

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1制备得到的钨基分子筛催化剂0.2g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂叔丁醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(2)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(3)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(4)滴加完毕后，继续反应8h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(5)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

应用例12

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)应用例1反应结束后，滤出催化剂，干燥后备用；

(2)将步骤(1)得到的催化剂0.2g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂叔丁醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(3)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(4)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(5)滴加完毕后，继续反应4h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(6)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

应用例13

(1)应用例12反应结束后，滤出催化剂，干燥后备用；

(2)将步骤(1)得到的催化剂0.2g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂叔丁醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(3)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(4)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(5)滴加完毕后，继续反应4h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(6)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

应用例14

一种钨基分子筛催化剂应用于环戊烯催化氧化制备戊二醛的方法，包括以下步骤：

(1)将实施例2制备得到的钨基分子筛催化剂0.2g加入150mL四口烧瓶中，加入溶剂叔丁醇(30mL)，开启搅拌，然后升温至35℃下溶解；

(2)向反应液中逐滴加入50％双氧水(13.6g)，滴加完毕后继续搅拌30min；

(3)向体系中滴加环戊烯(6.81g)，控制滴加时间为80min，滴加过程中体系内温不超过45℃；

(4)滴加完毕后，继续反应4h，气相色谱仪(FID,AE PEG-20M 30m×0.32mm×0.5um)监测环戊烯反应完全；

(5)向体系中加入氢氧化钙(0.41g)，升温至65℃，反应过夜。

根据GC分析结果计算环戊烯的转化率和戊二醛的选择性和收率如表2所示，应用例1-14的数据结果如表2所示。

表2应用例1-14的数据结果

由表2可以看出，应用例1中采用实施例1制备的钨基分子筛催化剂催化氧化环戊烯制备戊二醛，环戊烯转化率达到了100％，产物戊二醛选择性为91.2％，收率为89.1％，各项指标均高于中国专利CN110372483A和CN1680032A中的数据，这表明本发明制得的钨基分子筛催化剂具有更好的催化效果；对采用不同的醇溶剂得到的反应结果进行分析转化，由应用例1-4的数据可以看出，应用例1采用叔丁醇作溶剂，不仅原料环戊烯转化率高，而且产物选择性和收率均有较好的效果；由应用例1、应用例5-8的结果可以看出，催化剂用量过高或者过低，均不利于产物戊二醛的选择性和收率；当催化剂用量为0.2g即环戊烯质量分数的3％时，反应效果最佳；对不同反应时间环戊烯转化率进行气象分析，如应用例1、应用例9-11结果所示，反应在进行4h后，环戊烯转化完全，此时可以获得最高的收率；对不同循环次数催化剂催化反应效果进行数据分析，如应用例1、应用例12-13所示，催化剂经三次循环回收后，依然能保持较高的催化活性，说明本发明的催化剂稳定性良好；应用例1和应用例14表明了催化剂W/Si摩尔比对其催化性能影响，可见当W/Si摩尔比为0.5，即实施例1所制得的钨基分子筛催化剂催化性能更好。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。