山梨醇制備及轉(zhuǎn)化催化劑研究進展

李嘉博 吉林省石油化工設(shè)計研究院

所謂山梨醇，就是從山梨樹果實中提取的一種化學成分。山梨醇是維C重要組成成分，也常被應(yīng)用于面點制作的輔助類原料當中，可以使面點類食品更加松軟可口，在優(yōu)化皮革質(zhì)量方面也有顯著效果，可以使皮革更加光澤光滑，另外，山梨醇在各類生活用品當中也被廣泛應(yīng)用，比如牙膏、纖維、洗滌劑等，都會添加一定劑量的山梨醇來增加其稠度。所以山梨醇的實際應(yīng)用價值非常高，尤其在我國不可再生能源逐漸減少的當下，山梨醇的應(yīng)用空間得到了進一步擴大。

一、葡萄糖氫化還原制備山梨醇的方法分析

以葡萄糖為原料，通過氫化反應(yīng)獲取山梨醇是目前應(yīng)用較為普遍的一種獲得山梨醇的方法。其制備流程中催化劑的選取是制備工藝的關(guān)鍵之處。市場上一般采用的催化劑有鎳基催化劑、釕基催化劑、儲氫合金催化劑。其中鎳基催化劑是最開始使用最多的一種，但是由于其自身活性比較低，性能有限，所以一般情況下不會單獨作為催化劑使用，而是與其他物質(zhì)共同組成組合類催化劑，比如鎳鋁鐵鉻合金粉、鋁鈦合金粉等。而相比較之下，釕催化劑的活性更高一些，這類催化劑一般呈現(xiàn)粉末形態(tài)，顆粒度非常細膩，其密度比鎳催化劑要小很多，所以在催化反應(yīng)過程中，不需要太大的攪拌動作即可實現(xiàn)很好的氫化效果，對葡萄糖的轉(zhuǎn)化率非常高。而且催化效果更加穩(wěn)定、催化損耗更少，由于釕基催化劑自身化學成分的特殊性，在作為催化劑使用后還能通過一定的化學手段使其再生，以達到反復(fù)利用的目的，應(yīng)用空間非常廣闊，所以近年來得到研究者的重點關(guān)注。儲氫合金催化劑則是后期開發(fā)的新型催化材料，最開始在電池生產(chǎn)制造工藝中應(yīng)用比較多。后來隨著對該類催化劑研究程度的逐步加深，其使用范圍便得到了拓展。儲氫合金催化劑在吸收和釋放氫化物質(zhì)方面都具有很好的效果，而且自身也具有較高的催化活性，所以在各類涉及氫化反應(yīng)的研究當中都會用到該類催化劑。與其他催化劑相比，儲氫合金催化劑的催化效率更快、產(chǎn)量也比較高，尤其與鎳催化劑相比，其產(chǎn)率高出將近百分之六十，而且該類催化劑對于催化反應(yīng)設(shè)備的要求也較為溫和，所以許多生產(chǎn)企業(yè)都在開發(fā)和研究儲氫合金催化劑的使用工藝。隨著多種催化劑原料的開發(fā)和利用，相關(guān)企業(yè)通過葡萄糖進行氫化反應(yīng)從而制備成山梨醇的工藝已經(jīng)越來越純熟，制備流程也越來越完善。

二、山梨醇的轉(zhuǎn)化

山梨醇轉(zhuǎn)化成多元醇的過程是一個氫解反應(yīng)的過程，催化劑的選取和催化時的溫度對于轉(zhuǎn)化效果至關(guān)重要。經(jīng)過大量的實踐研究發(fā)現(xiàn)，采用鉑催化劑和鈀催化劑進行山梨醇的催化氫解反應(yīng)效果比較微弱，釕催化劑和鎳催化劑的反應(yīng)性能相對要好一些，而銅基催化劑的活性更高，催化效果也更好。選用銅基催化劑進行催化反應(yīng)的溫度定在180℃左右，其催化效率最高。也有相關(guān)研究者對CuO-ZnO類催化劑在山梨醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的活性程度進行了研究，比如共沉淀法，該種制備條件下，催化劑的反應(yīng)效率也較為快速，沉淀溫度以70℃為最佳，焙燒時的溫度則要達到350℃才能取得較為良好的效果。

（一）單金屬催化劑

以SiO2為催化劑為載體，研究Ni,Pd,Pt,Ru和Rh不同活性組分對多元醇水相重整產(chǎn)物的影響，結(jié)果表明SiO2負載Ni,Ru和Rh催化劑對氫氣的選擇性要低于SiO2負載Pd和Pt，而對烷烴的選擇性高于SiO2負載Pd和Pt催化劑?？疾煲訮t為活性組分，不同催化劑載體對液相重整反應(yīng)的影響，用TiO2,C和Al203為載體的Pt催化劑，不僅提高了催化劑的活性,而且明顯提高了催化劑對H2的選擇性。其次為SiO2-Al2O3和ZrO2，最差是以CeO2,ZnO和SiO2為載體。但是以SiO2-Al203為載體的Pt催化劑明顯提高了高碳烷烴的生成。這主要原因是SiO2-Al203載體有酸性位,促進了脫水反應(yīng)。此外有研究表明，以Pt/AI203為催化劑，以HCl調(diào)整反應(yīng)的pH值，同樣可以得到較高產(chǎn)量的高碳烷烴。

（二）雙金屬催化劑

雙金屬Pt和Pd催化劑的活性要優(yōu)于單金屬Pt和Pd催化劑，把Ni，Co和Fe加入到Pt/Al203催化劑中，制得的NiPt/Al203，CoP/AI203和FePt/Al203雙金屬催化劑對制氫的活性和選擇性要高于Pt/Al203催化劑。這是由于Ni，Co和Fe的加入，降低了Pt催化劑d軌道的不飽和度，這樣就減少了H2和CO的吸附。大多數(shù)液相重整催化劑的活性組分都是貴金屬。

三、結(jié)語

經(jīng)過以上論述可以發(fā)現(xiàn)，山梨醇可以通過多種催化劑反應(yīng)生成不同的物質(zhì)，具有很強的實際應(yīng)用價值。催化劑體系將逐漸呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢，其利用率將越來越高，目前釕催化劑和鎳催化劑還是山梨醇制備和轉(zhuǎn)化所使用的主要催化劑，相關(guān)研究工作者也正在積極開發(fā)其他新型高性能的催化劑，以期進一步提高山梨醇的產(chǎn)量。但是我國目前還只是在山梨醇的制備方面實踐經(jīng)驗比較多，在山梨醇的轉(zhuǎn)化應(yīng)用領(lǐng)域依然比較狹隘，由于山梨醇的制備和轉(zhuǎn)化是一種可循環(huán)利用的環(huán)保生產(chǎn)工藝，具有可持續(xù)發(fā)展性能，所以相關(guān)行業(yè)工作者應(yīng)當加大該領(lǐng)域的研究力度，進一步擴展山梨醇的應(yīng)用范圍。