一种负载型磷钨酸催化剂及其制备方法和应用以及环己酮丙三醇缩酮的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种负载型磷钨酸催化剂及其制备方法和应用以及环己酮丙三醇缩酮的制备方法，其中，该催化剂含有球形蒙脱石粘土矿物复合载体以及负载在所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体上的磷钨酸，且以该催化剂的总重量为基准，所述磷钨酸的含量为1-50重量%，所述复合载体的含量为50-99重量%；所述复合载体的平均粒子直径为10-50微米，比表面积为450-550平方米/克，孔体积为0.5-1.5毫升/克，最可几孔径为9-15纳米；应用这种催化剂来催化环己酮和丙三醇的缩酮反应时，副反应少也不对设备产生腐蚀，同时转化率提高，并且本发明的负载型磷钨酸催化剂可以经过回收而反复使用，后处理工艺简单。
【专利说明】一种负载型磷钨酸催化剂及其制备方法和应用以及环己酮 丙三醇缩酮的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种负载型磷钨酸催化剂及其制备方法，还涉及使用该负载型磷钨酸 催化剂在缩酮合成反应中的应用，以及环己酮丙三醇缩酮的制备方法。
【背景技术】
[0002] 1992 年 Mobile 公司合成出介孔材料（Beck J S, Vartuli J C, Roth W J, et al. J. Am. Chem. Soc.，1992, 114(27) :10834-10843),该介孔材料具有高的比表面，规整的 孔道结构以及窄的孔径分布，使得介孔材料在催化、分离、医药等领域的应用得到了很 大的关注；1998年赵东元等人合成出一种新型材料-介孔材料SBA-15 (D. Y. Zhao, J. L. Feng, Q.S.Huo，et al Science 279 (1998) 548-550)，该材料具有高度有序的立方单晶 介孔材料孔径（6-30nm)、孔体积大（1. 0cm3/g)、较厚的孔壁（4-6nm)保持的高机械强度 以及良好的催化吸附性能；赵东元、余承忠、余永豪发明一种介孔分子筛载体材料的制备 方法（CN1341553A)，该介孔材料作为多相反应催化剂载体，容易实现催化剂与产物的分 离（Wight, A. P. ; Davis, Μ· E. Chem. Rev. 2002，102, 3589 ;De Vos, D. E. ; Dams, M. ; Sels，B. F. ; Jacobs, P. A. Chem. Rev. 2002, 102, 3615.)。
[0003] 蒙脱石是地表分布最为广泛的黏土矿物之一，它具有纳-微米级的粒径、大比表 面积、层间离子的可交换性等物化性能，因此可以通过物理化学方法在蒙脱石的层间插入 或在表面嫁接一些带有特殊官能团的离子或分子，从而实现对其表面的修饰和性能调控。 酸化作用可以使蒙脱石的有效孔洞和表面断键增多，从而可以镶嵌并滞留外来粒径相适宜 的物质(如污染物等）或进行表面吸附，且对蒙脱石进行酸化可以使其比表面积增加，并导 致大量断键的产生。
[0004] 常规的有序介孔材料SBA-15微观形貌为棒状，与微观形貌为球形的材料相比其 本身流动性较差，且其大的比表面积和高的孔容致使其具有较强的吸水、吸潮能力，这将进 一步加剧棒状有序介孔材料的团聚，给棒状有序介孔材料的存储、输运、后加工及应用带来 不便。而微球的几何外形在减少粉体的团聚，改善其流动性等方面有明显的优势。因此，如 能把微球、有序介孔材料和蒙脱石粘土矿物的优点结合起来，既能保留有序介孔材料的高 比表面积、大孔容、孔径大且分布窄的特点，又可减少有序介孔材料的团聚，增加其流动性， 同时由于廉价的天然粘土矿物材料的引入，降低了材料的造价，这将为有序介孔材料的应 用提供更好的平台，并拓展有序介孔材料的应用领域。
[0005] 随着化学工业的迅速发展，对缩酮品种及需求量不断增加。缩酮是一类可用于有 机化合物的羰基保护或制药工业的中间体，甚至用作特殊反应溶剂。缩酮的合成一般是在 强酸催化下，由酮与醇类合成的，所用的催化剂有硫酸、磷酸、氯化氢气体、对甲基苯磺酸， 其优点是催化剂价廉易得。但是，反应结束后催化剂与产物的分离需进行中和和水洗等过 程，不仅工艺复杂还产生废水污染环境，随着人民生活水平的提高，对环境保护提出了越来 越高地要求；并且质子酸对设备具有较强的腐蚀作用。
[0006] 因此，开发出一种新型的用于合成缩酮的催化剂成为迫切需要解决的问题。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服现有用于催化合成缩酮的催化剂存在的对设备腐蚀严重、 副反应多、工艺复杂等缺点，提供一种新型的用于合成缩酮的催化剂以及环己酮丙三醇缩 酮的制备方法。
[0008] 本发明提供了一种负载型磷钨酸催化剂，其中，该催化剂含有球形蒙脱石粘土矿 物复合载体以及负载在所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体上的磷钨酸，且以该催化剂的总 重量为基准，所述磷钨酸的含量为1-50重量％，所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的含量 为50-99重量％ ;所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的平均粒子直径为10-50微米，比表面 积为450-550平方米/克，孔体积为0. 5-1. 5毫升/克，最可几孔径为9-15纳米。
[0009] 本发明还提供了一种负载型磷钨酸催化剂的制备方法，其中，该方法包括：将所述 球形蒙脱石粘土矿物复合载体与磷钨酸在去离子水存在下配制成浆体后进行喷雾干燥，使 磷钨酸负载在所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体上，以所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体 与磷钨酸的总重量为基准，所述磷钨酸的用量为1-50重量％，所述球形蒙脱石粘土矿物复 合载体的用量为50-99重量％ ;所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的平均粒子直径为10-50 微米，比表面积为450-550平方米/克，孔体积为0. 5-1. 5毫升/克，最可几孔径为9-15纳 米。
[0010] 此外，本发明还提供了所述催化剂在缩酮反应中的应用。
[0011] 还有，本发明还提供了一种环己酮丙三醇缩酮的制备方法，其中，该方法包括：在 催化剂的存在下，在缩酮反应的条件下，使环己酮和丙三醇接触，以得到缩酮，其中，所述催 化剂为本发明提供的负载型磷钨酸催化剂。
[0012] 本发明中，通过喷雾干燥法将磷钨酸负载于特定的球形蒙脱石粘土矿物复合载体 上，且使用这种催化剂来催化环己酮和丙三醇的反应时，催化剂可以经过回收而反复使用， 并且本发明提供的负载型磷钨酸催化剂具有能够减少副反应、提高转化率、不腐蚀设备、后 处理工艺简单以及有利于环保等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是X-射线衍射图谱，其中，a为球形蒙脱石粘土矿物复合载体(MBQGJMT) 的XRD谱图、b为通过喷雾干燥法负载磷钨酸的球形蒙脱石粘土矿物复合载体 (MBQGJMT-HPA-1)的XRD谱图，横坐标为2 Θ，纵坐标为强度；
[0014] 图2A是球形蒙脱石粘土矿物复合载体（MBQGJMT)的微观形貌的SEM扫描电镜图；
[0015] 图2B是球形蒙脱石粘土矿物复合载体（MBQGJMT)的放大倍数的微观形貌的SEM扫 描电镜图；
[0016] 图3是通过喷雾干燥法负载磷钨酸的球形蒙脱石粘土矿物复合载体 (MBQGJMT-HPA-1)的微观形貌的SEM扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0017] 本发明提供了一种负载型磷钨酸催化剂，其中，该催化剂含有球形蒙脱石粘土矿 物复合载体以及负载在所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体上的磷钨酸，且以该催化剂的总 重量为基准，所述磷钨酸的含量为1-50重量％，所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的含量 为50-99重量％ ;更优选情况下，以所述催化剂的总重量为基准，所述磷钨酸的含量为5-45 重量％，所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的含量为55-95重量％ ;所述球形蒙脱石粘土矿 物复合载体的平均粒子直径为10-50微米，优选为20-40微米；比表面积为450-550平方米 /克，优选为480-520平方米/克，更优选为490平方米/克；孔体积为0. 5-1. 5毫升/克， 优选为0. 8-1. 2毫升/克，更优选为1. 1毫升/克；最可几孔径为9-15纳米，优选为9. 2-12 纳米，更优选为9. 5纳米；在这种情况下，不仅可以获得令人满意的催化效果，而且还可以 降低成本。
[0018] 根据本发明，所述负载型磷钨酸催化剂的平均粒子直径为10-50微米，优选为 20-50微米，比表面积为250-350平方米/克，优选为280-320平方米/克，更优选为300平 方米/克；最可几孔径为9-12纳米，优选为9-10纳米，更优选为9. 9纳米；孔体积为0. 1-1 晕升/克，优选为〇. 2-0. 8晕升/克，更优选为0. 5晕升/克。
[0019] 根据本发明，所述载体为球形蒙脱石粘土矿物复合载体，所述球形蒙脱石粘土矿 物复合载体可以通过包括以下步骤的方法制备得到：
[0020] (1)在模板剂、三甲基戊烷和乙醇的存在下，将四甲氧基硅烷与酸性水溶液进行第 一次接触，并将第一次接触后所得混合物晶化、洗涤、抽滤；
[0021] (2)将水玻璃与无机酸进行第二次接触，并将第二次接触后所得混合物洗涤、抽 滤；
[0022] (3)将由（1)制备的介孔二氧化硅滤饼与由（2)制备的硅胶滤饼与蒙脱石粘土矿 物一起球磨；
[0023] (4)将由（3)得到的固体粉末在去离子水存在下配制成浆体后进行喷雾干燥；
[0024] (5)将由（4)所得喷雾干燥后产物加热，脱除模板剂。
[0025] 根据本发明，所述模板剂可以是本领域常规使用的各种三嵌段共聚物聚丙三 醇-聚乙二醇-聚丙三醇模板剂，例如可以是Aldrich公司生产的商品名为P123,分子式为 E02(lP07QE02(l 的模板剂。
[0026] 根据本发明，所述酸性水溶液的种类没有特别的限制，其pH值可以为1-6,更优选 pH为3-5 ;优选地，所述酸性水溶液为l-5mol/L的乙酸和乙酸钠的缓冲溶液。
[0027] 根据本发明，优选情况下，所述将四甲氧基硅烷与酸性水溶液的所述第一次接 触的条件包括温度可以为10_60°C，时间可以为10-72小时，所述第一次接触优选在搅拌 条件下进行；所述晶化的方法和条件已经为本领域技术人员公知，例如，晶化温度可以为 30-150°C，时间可以为10-72小时。
[0028] 根据本发明，优选情况下，所述第二次接触的温度为10_60°C，时间为1-5小时；水 玻璃和无机酸没有具体特别限定，所述水玻璃为硅酸钠的溶液，所述无机酸为硫酸、硝酸和 盐酸中的一种或多种，通常所述无机酸为溶液，且所述水玻璃与所述无机酸的混合溶液的 pH值为2-4 ;所述水玻璃：所述无机酸重量比为3-6 :1。
[0029] 所述抽滤分离是一种本领域技术人员所熟知的分离液体与固体颗粒的方式，为利 用空气压力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物；所述洗涤为本领域技术人员所 熟知的洗涤方式，优选为水洗、纯洗中的一种或多种。
[0030] 根据本发明，对研磨的条件和具体操作方法没有特别的限定，以不破坏或基本不 破坏载体结构并使硅胶、蒙脱石粘土矿物进入载体孔道内为准。本领域技术人员可以根据 上述原则选择各种合适的条件来实施本发明。
[0031] 根据本发明的一种实施方式，所述蒙脱石粘土矿物复合载体的制备方法包括：将 介孔二氧化硅滤饼、硅胶滤饼与蒙脱石粘土矿物加入到球磨机的球磨罐中，球磨罐内壁为 聚四氟乙烯内衬，磨球的直径为2-3mm，转速为300-500r/min。在球磨罐内温度为15-KKTC 下连续研磨〇. 1-100小时，之后取出固体粉末。磨球的数量取决于球磨罐的大小，对于大小 为50-150ml的球磨罐，可以使用1个磨球。所述磨球的材质可以是玛瑙、聚四氟乙烯，优选 为玛瑙；将球磨后的固体粉末在去离子水存在下在温度为25-60°C下配制成浆体，然后将 该浆体加入到雾化器内高速旋转，转速为10000-15000r/min，优选为12000r/min。
[0032] 根据本发明，所述脱除模板剂的条件没有特别的限定，例如，温度可以为 300-600°C，时间可以为10-80小时。
[0033] 根据本发明，在制备介孔二氧化硅滤饼的过程中，三嵌段共聚物聚丙三醇-聚乙 二醇-聚丙三醇、乙醇、酸性水溶液、三甲基戊烷和四甲氧基硅烷的摩尔比可以在一定范 围内改变，三嵌段共聚物聚丙三醇-聚乙二醇-聚丙三醇、乙醇、酸性水溶液、三甲基戊烷 和四甲氧基硅烷的摩尔比为1 :100-500 :150-900 :200-500 :50-200,优选为1 :200-400 : 300-600 :250-400 :70-150,更优选为 1 :212. 76 :487. 2 :304. 73 :81· 16。其中，聚丙三醇-聚 乙二醇-聚丙三醇的摩尔数根据聚丙三醇-聚乙二醇-聚丙三醇的平均分子量计算得到。 [0034] 本发明还提供了一种负载型磷钨酸催化剂的制备方法，其中，该方法包括：将所述 球形蒙脱石粘土矿物复合载体与磷钨酸在去离子水存在下配制成浆体后进行喷雾干燥，使 磷钨酸负载在所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体上；以所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体 与磷钨酸的总重量为基准，所述磷钨酸的用量为1-50重量％，所述球形蒙脱石粘土矿物复 合载体的用量为50-99重量％ ;所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的平均粒子直径为10-50 微米，比表面积为450-550平方米/克，孔体积为0. 5-1. 5毫升/克，最可几孔径为9-15纳 米。
[0035] 根据本发明的一种实施方式，所述负载型磷钨酸催化剂的制备方法包括：将所 述球形蒙脱石粘土矿物复合载体与所述磷钨酸在去离子水存在下在25-60°C温度下搅拌 1-24小时，配制成浆体，按摩尔比，球形蒙脱石粘土矿物复合载体：去离子水：磷钨酸为1 : 15-35 5-1. 5 ;优选地，球形蒙脱石粘土矿物复合载体：去离子水：磷钨酸为1 :20-25 : 0. 8-1. 2 ;更优选地，球形蒙脱石粘土矿物复合载体：去离子水：磷钨酸为1 :25 :1，然后将 该浆体加入到雾化器内高速旋转，转速为10000-15000r/min，优选为12000r/min，得到负 载磷钨酸的球形蒙脱石粘土矿物复合载体的催化剂。
[0036] 根据本发明，所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的尺寸可以在很大范围内改变， 优选地，所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的平均粒子直径为10-50微米，优选为20-40微 米；比表面积为450-550平方米/克，优选为480-520平方米/克，更优选为490平方米/ 克；孔体积为〇. 5-1. 5毫升/克，优选为0. 8-1. 2毫升/克，更优选为1. 1毫升/克；最可几 孔径为9-15纳米，优选为9. 2-12纳米，更优选为9. 5纳米。
[0037] 根据本发明，所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体可以通过包括以下步骤的方法制 备得到：
[0038] (1)在模板剂、三甲基戊烷和乙醇的存在下，将四甲氧基硅烷与酸性水溶液进行第 一次接触，并将第一次接触后所得混合物晶化、洗涤、抽滤；
[0039] (2)将水玻璃与无机酸进行第二次接触，并将第二次接触后所得混合物洗涤、抽 滤；
[0040] (3)将由（1)制备的介孔二氧化硅滤饼与由（2)制备的硅胶滤饼与蒙脱石粘土矿 物一起球磨；
[0041] (4)将由（3)得到的固体粉末在去离子水存在下配制成浆体后进行喷雾干燥；
[0042] (5)将由（4)所得喷雾干燥后产物加热，脱除模板剂。
[0043] 根据本发明，所述模板剂可以是本领域常规使用的各种三嵌段共聚物聚丙三 醇-聚乙二醇-聚丙三醇模板剂，例如可以是Aldrich公司生产的商品名为P123,分子式为 E02(lP07QE02(l 的模板剂。
[0044] 根据本发明，所述酸性水溶液的种类没有特别的限制，其pH值可以为1-6,更优选 pH为3-5 ;优选地，所述酸性水溶液为l-5mol/L的乙酸和乙酸钠的缓冲溶液。
[0045] 根据本发明，优选情况下，将四甲氧基硅烷与酸性水溶液的所述第一次接触的 条件包括温度可以为10-60°C，时间可以为10-72小时，所述第一次接触优选在搅拌条件 下进行；所述晶化的方法和条件已经为本领域技术人员公知，例如，所述晶化温度可以为 30-150°C，晶化时间可以为10-72小时。
[0046] 根据本发明，优选情况下，所述第二次接触的温度为10-60°C，时间为1-5小时； 水玻璃和无机酸没有具体特别限定，优选地，所述水玻璃为硅酸钠的溶液，所述无机酸为硫 酸、硝酸和盐酸中的一种或多种，通常所述无机酸为溶液，且所述水玻璃与所述无机酸的溶 液的pH值为2-4 ;所述水玻璃：所述无机酸重量比为3-6 :1。
[0047] 所述抽滤分离是一种本领域技术人员所熟知的分离液体与固体颗粒的方式，为利 用空气压力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物；所述洗涤为本领域技术人员所 熟知的洗涤方式，优选为水洗、纯洗中的一种或多种。
[0048] 根据本发明，对研磨的条件和具体操作方法没有特别的限定，以不破坏或基本不 破坏载体结构并使硅胶、蒙脱石粘土矿物进入载体孔道内为准。本领域技术人员可以根据 上述原则选择各种合适的条件来实施本发明。
[0049] 根据本发明，对喷雾干燥的条件和具体操作方法没有特别的限定，本领域技术人 员可以选择各种合适的条件来实施本发明。
[0050] 根据本发明的一种实施方式，所述蒙脱石粘土矿物复合载体的制备方法包括：将 介孔二氧化硅滤饼、硅胶滤饼与蒙脱石粘土矿物加入到球磨机的球磨罐中，球磨罐内壁为 聚四氟乙烯内衬，磨球的直径为2-3mm，转速为300-500r/min。在球磨罐内温度为15-KKTC 下连续研磨〇. 1-100小时，之后取出固体粉末。磨球的数量取决于球磨罐的大小，对于大小 为50-150ml的球磨罐，可以使用1个磨球。所述磨球的材质可以是玛瑙、聚四氟乙烯，优选 为玛瑙；将球磨后的固体粉末在去离子水存在下在温度为25-60°C下配制成混合物浆体， 然后将该浆体加入到雾化器内高速旋转，转速为10000-15000r/min，优选为12000r/min。
[0051] 根据本发明，所述脱除模板剂的条件没有特别的限定，例如，温度可以为 300-600°C，时间可以为10-80小时。
[0052] 根据本发明，在制备介孔二氧化硅滤饼的过程中，三嵌段共聚物聚丙三醇-聚乙 二醇-聚丙三醇、乙醇、酸性水溶液、三甲基戊烷和四甲氧基硅烷的摩尔比可以在一定范 围内改变，三嵌段共聚物聚丙三醇-聚乙二醇-聚丙三醇、乙醇、酸性水溶液、三甲基戊烷 和四甲氧基硅烷的摩尔比为1 :100-500 :150-900 :200-500 :50-200,优选为1 :200-400 : 300-600 :250-400 :70-150,更优选为 1 :212. 76 :487. 2 :304. 73 :81· 16。其中，聚丙三醇-聚 乙二醇-聚丙三醇的摩尔数根据聚丙三醇-聚乙二醇-聚丙三醇的平均分子量计算得到。
[0053] 根据本发明的一种实施方式，所述负载型磷钨酸催化剂的制备方法包括：将球形 蒙脱石粘土矿物复合载体与所述磷钨酸在去离子水存在下在25°C -60°C温度下搅拌至溶 解，配制成混合物浆体，球形蒙脱石粘土矿物复合载体：去离子水：磷钨酸的摩尔比可以为 1 :15-35 :0. 5-1. 5,优选地，球形蒙脱石粘土矿物复合载体：去离子水：磷钨酸的摩尔比可 以为1 :20-25 :0. 8-1. 2,更优选地，球形蒙脱石粘土矿物复合载体：去离子水：磷钨酸的摩 尔比为1 :25 :1 ;并在100°C _300°C温度下进行喷雾干燥，优选在200°C温度下进行喷雾干 燥，得到负载型磷钨酸催化剂。
[0054] 此外，本发明还提供了所述催化剂在缩酮反应中的应用。
[0055] 还有，本发明还提供了一种环己酮丙三醇缩酮的制备方法，其中，该方法包括：在 催化剂的存在下，在缩酮反应的条件下，使环己酮和丙三醇接触，以得到缩酮，其中，所述催 化剂为本发明提供的负载型磷钨酸催化剂。
[0056] 根据本发明，在缩酮反应中，环己酮和丙三醇的摩尔比可以在很大范围内改变，例 如，环己酮和丙三醇的摩尔比可以为1 :〇. 5-10,所述负载型磷钨酸催化剂的用量没有特别 的限制，本领域技术人员可以根据反应的需要进行适当的调整，但优选情况下，相对于1〇〇 重量份的环己酮，所述催化剂的用量可以为1-15重量份，更优选为2-14重量份。
[0057] 本发明中，所述缩酮反应的条件为本领域技术人员所公知，例如，所述缩酮反应的 条件可以包括：回流反应条件下，反应的时间可以为1-10小时，优选地，反应的时间可以为 2-8小时。
[0058] 根据本发明，在缩酮反应结束后，可以对最终的反应混合物进行离心分离，将离心 得到的固相物在25-200°C下真空干燥1-24小时，优选在50-120°C下真空干燥6-10小时， 可以得到回收的催化剂。
[0059] 以下结合实施例对本发明进行详细的描述。
[0060] 以下实施例中，聚丙三醇-聚乙二醇-聚丙三醇，简写为P123,分子式为 E02QP07(lE02(l，在美国化学文摘的登记号为9003-11-6的物质，其平均分子量Mn=5800。
[0061] 以下实施例中，X射线衍射分析在购自德国Bruker AXS公司的型号为D8 Advance 的X射线衍射仪上进行；扫描电镜分析在购自美国FEI公司的型号为XL-30的扫描电子 显微镜上进行；元素分析在购自美国安杰伦公司型号为7500CX仪器上进行；孔结构参数 是在美国康塔公司Atsorb-Ι型仪器上进行测试分析；反应产物液相成分分析在购自英国 Agilent公司7890A/5973N气质联用仪上进行。
[0062] 实施例1
[0063] 球形蒙脱石粘土矿物复合载体的制备：
[0064] 将1. 0克三嵌段共聚物聚丙三醇-聚乙二醇-聚丙三醇和1. 69克乙醇加入到28ml 的乙酸和乙酸钠的缓冲溶液（pH=4. 4)中，在15°C下搅拌至聚丙三醇-聚乙二醇-聚丙三醇 完全溶解，之后将6g的三甲基戊烷加入到上述溶液中，15°C搅拌10小时后，再将2. 13克四 甲氧基硅烷加入到上述溶液中，15°C搅拌20小时后，将溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应 釜中，在60°C下烘箱晶化24小时后经过抽滤、蒸馏水洗涤后得到介孔二氧化硅滤饼。
[0065] 将浓度为15重量％的水玻璃和浓度为12重量％的硫酸溶液，并按水玻璃：硫酸重 量比=5 :1进行充分反应1. 5小时，用浓度为98重量％的硫酸调整pH为3,且将反应物料 经过抽滤、蒸馏水洗涤洗至钠离子含量为0. 02重量％，得到硅胶滤饼。
[0066] 将上述制备的10克介孔二氧化硅滤饼、10克硅胶滤饼以及10克蒙脱石粘土矿物 一起放入l〇〇ml球磨罐中，其中，球磨罐材质为聚四氟乙烯，磨球材质为玛瑙，磨球的直径 为3mm，数量为1个，转速为400r/min。封闭球磨罐，在球磨罐内温度为60°C下球磨1小时， 得到30克固体粉末；将该固体粉末在25°C下溶解在100克去离子水中，在转速为12000r/ min下喷雾干燥；将喷雾干燥后得到的产物在马弗炉中500°C煅烧24小时，脱除模板剂，得 到30克脱除模板剂的目标产物球形蒙脱石粘土矿物复合载体，命名为MBQGJMT。
[0067] 将上述30克球形蒙脱石粘土矿物复合载体在25°C温度下与磷钨酸一起放入去 离子水中，搅拌至溶解，且球形蒙脱石粘土矿物复合载体：去离子水：磷钨酸的摩尔比为1 : 25 :1，并在200°C温度下进行喷雾干燥，得到负载磷钨酸的球形蒙脱石粘土矿物复合载体， 命名为 MBQGJMT-HPA-1。
[0068] 用XRD、扫描电镜和X荧光分析仪来对该负载型磷钨酸催化剂进行表征。
[0069] 图1是X-射线衍射图谱，其中，a为球形蒙脱石粘土矿物复合载体（MBQGJMT) 的XRD谱图、b为通过喷雾干燥法负载磷钨酸的球形蒙脱石粘土矿物复合载体 (MBQGJMT-HPA-1)的XRD谱图，横坐标为2 Θ，纵坐标为强度。由XRD谱图出现的小角度谱 峰可知，球形蒙脱石粘土矿物复合载体（MBQGJMT)的XRD谱图a、通过喷雾干燥法负载磷钨 酸的球形蒙脱石粘土矿物复合载体（MBQGJMT-HPA-1)的XRD谱图b均具有介孔材料所特有 的2D的六方孔道结构。
[0070] 图2A和图2B是SEM扫描电镜图，其中，图2A为球形蒙脱石粘土矿物复合载 体（MBQGJMT)的微观形貌的SEM扫描电镜图；图2B为球形蒙脱石粘土矿物复合载体 (MBQGJMT)的放大倍数的微观形貌的SEM扫描电镜图。由图可知，球形蒙脱石粘土矿物复合 载体（MBQGJMT)的微观形貌为平均颗粒度为10-50 μ m的介孔球。
[0071] 图3是通过喷雾干燥法负载磷钨酸的球形蒙脱石粘土矿物复合载体 (MBQGJMT-HPA-1)的微观形貌的SEM扫描电镜图。由图可知，通过喷雾干燥法负载磷钨酸的 球形蒙脱石粘土矿物复合载体（MBQGJMT-HPA-1)的微观形貌依旧基本保持球形，平均颗粒 度为 10-50 μ m。
[0072] 表1为球形蒙脱石粘土矿物复合载体（MBQGJMT)与负载磷钨酸的球形蒙脱石粘土 矿物复合载体（MBQGJMT-HPA-1)的孔结构参数。
[0073] 表 1
[0074]
【权利要求】
1. 一种负载型磷钨酸催化剂，其特征在于，该催化剂含有球形蒙脱石粘土矿物复合载 体以及负载在所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体上的磷钨酸，且以该催化剂的总重量为基 准，所述磷钨酸的含量为1-50重量％，所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的含量为50-99 重量％ ;所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的平均粒子直径为10-50微米，比表面积为 450-550平方米/克，孔体积为0. 5-1. 5毫升/克，最可几孔径为9-15纳米。
2. 根据权利要求1所述的负载型磷钨酸催化剂，其中，以该催化剂的总重量为基准，所 述磷鹤酸的含量为5-45重量％，所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的含量为55-95重量％ ; 所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的平均粒子直径为20-40微米，比表面积为480-520平 方米/克，孔体积为〇. 8-1. 2毫升/克，最可几孔径为9. 2-12纳米。
3. 根据权利要求1所述的负载型磷钨酸催化剂，其中，所述负载型磷钨酸催化剂的平 均粒子直径为10-50微米，比表面积为250-350平方米/克，孔体积为0. 1-1毫升/克，最 可几孔径为9-12纳米。
4. 根据权利要求1或3所述的负载型磷钨酸催化剂，其中，所述球形蒙脱石粘土矿物复 合载体的制备包括下述步骤：（1)在模板剂、三甲基戊烷和乙醇的存在下，将四甲氧基硅烷 与酸性水溶液进行第一次接触，并将第一次接触后所得混合物晶化、洗涤、抽滤；（2)将水 玻璃与无机酸进行第二次接触，并将第二次接触后所得混合物洗涤、抽滤；（3)将由（1)制 备的介孔二氧化硅滤饼与由（2)制备的硅胶滤饼以及蒙脱石粘土矿物一起球磨；（4)将由 (3)得到的固体粉末在去离子水存在下配制成浆体后进行喷雾干燥；（5)将由（4)所得喷雾 干燥后产物加热，脱除模板剂。
5. 根据权利要求4所述的负载型磷钨酸催化剂，其中，所述模板剂为聚丙三醇-聚乙 二醇-聚丙三醇；所述酸性水溶液为乙酸和乙酸钠的缓冲溶液，且所述缓冲溶液的pH值为 1-6 ;所述第一次接触的温度为10_60°C，时间为10-72小时；晶化温度为30-150°C，晶化时 间为10-72小时。
6. 根据权利要求4所述的负载型磷钨酸催化剂，其中，所述第二次接触的温度为 10-60°C，时间为1-5小时；所述无机酸为硫酸、硝酸和盐酸中的一种或多种，且所述无机酸 的pH值为2-4。
7. 根据权利要求4所述的负载型磷钨酸催化剂，其中，所述球磨的条件包括：磨球的直 径为2-3mm，转速为300-500r/min，球磨罐内温度为15-KKTC，时间为0. 1-100小时；所述 喷雾干燥的条件包括：温度为25-60°C，转速为10000-15000r/min ;所述脱除模板剂的温度 为300-600°C，时间为10-80小时。
8. 根据权利要求4所述的负载型磷钨酸催化剂，其中，聚丙三醇-聚乙二醇-聚丙 三醇：乙醇：酸性水溶液：三甲基戊烷：四甲氧基硅烷的摩尔比为1 :100-500 :150-900 : 200-500 :50-200 ;水玻璃：无机酸的重量比为3-6 :1。
9. 一种负载型磷钨酸催化剂的制备方法，其中，该方法包括：将球形蒙脱石粘土矿物 复合载体与磷钨酸在去离子水存在下配制成浆体后进行喷雾干燥，使磷钨酸负载在所述 球形蒙脱石粘土矿物复合载体上；以所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体与磷钨酸的总重 量为基准，所述磷钨酸的用量为1-50重量％，所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的用量为 50-99重量％ ;所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的平均粒子直径为10-50微米，比表面积 为450-550平方米/克，孔体积为0. 5-1. 5毫升/克，最可几孔径为9-15纳米。
10. 根据权利要求9所述的制备方法，其中，以所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体与磷 钨酸的总重量为基准，所述磷钨酸的用量为5-45重量％，所述球形蒙脱石粘土矿物复合载 体的用量为55-95重量％ ;且所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的平均粒子直径为20-40 微米，比表面积为480-520平方米/克，孔体积为0. 8-1. 2毫升/克，最可几孔径为9. 2-12 纳米。
11. 根据权利要求9或10所述的制备方法，其中，球形蒙脱石粘土矿物复合载体：去离 子水：磷钨酸的摩尔比为1 :15-35 :0. 5-1. 5。
12. 根据权利要求9或11所述的制备方法，其中，所述球形蒙脱石粘土矿物复合载体的 制备包括下述步骤：（1)在模板剂、三甲基戊烷和乙醇的存在下，将四甲氧基硅烷与酸性水 溶液进行第一次接触，并将第一次接触后所得混合物晶化、洗涤、抽滤；（2)将水玻璃与无 机酸进行第二次接触，并将第二次接触后所得混合物洗涤、抽滤；（3)将由（1)制备的介孔 二氧化硅滤饼与由（2)制备的硅胶滤饼与蒙脱石粘土矿物一起球磨；（4)将由（3)得到的固 体粉末在去离子水存在下配制成浆体后进行喷雾干燥；（5)将由（4)所得喷雾干燥后产物 加热，脱除模板剂。
13. 根据权利要求12所述的制备方法，其中，所述模板剂为聚丙三醇-聚乙二醇-聚丙 三醇；所述酸性水溶液为乙酸和乙酸钠的缓冲溶液，且所述缓冲溶液的pH值为1-6 ;所述第 一次接触的温度为10_60°C，时间为10-72小时；晶化温度为30-150°C，晶化时间为10-72 小时。
14. 根据权利要求12所述的制备方法，其中，所述第二次接触的温度为10-60°C，时间 为1-5小时；所述无机酸为硫酸、硝酸和盐酸中的一种或多种，且所述水玻璃与所述无机酸 的溶液的pH值为2-4。
15. 根据权利要求12所述的制备方法，其中，所述球磨的条件包括：磨球的直径为 2-3mm，转速为300-500r/min，球磨罐内温度为15-KKTC，时间为0. 1-100小时；所述喷雾 干燥的条件包括：温度为25-60°C，转速为10000_15000r/min ;所述脱除模板剂的温度为 300-600°C，时间为 10-80 小时。
16. 根据权利要求12所述的制备方法，其中，聚丙三醇-聚乙二醇-聚丙三醇：乙醇：酸 性水溶液：三甲基戊烷：四甲氧基硅烷的摩尔比为1 :100-500 :150-900 :200-500 :50-200 ; 水玻璃：无机酸重量比为3-6 :1。
17. 权利要求9-16中任意一项所述的制备方法制得的催化剂。
18. 权利要求1-8和17中任意一项所述的催化剂在缩酮反应中的应用。
19. 一种环己酮丙三醇缩酮的制备方法，其中，该方法包括：在催化剂的存在下，在缩 酮反应的条件下，使环己酮和丙三醇接触，以得到缩酮，其特征在于，所述催化剂为权利要 求1-8和17中任意一项所述的催化剂。
20. 根据权利要求19所述的制备方法，其中，环己酮和丙三醇的摩尔比为1 :0. 5-10,且 以所述催化剂中负载的磷钨酸计，相对于100重量份的环己酮，所述催化剂的用量为1-15 重量份。
【文档编号】C07D319/08GK104248974SQ201310267754
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】亢宇, 张明森, 王洪涛 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院