一種鑭基磷鉬酸鹽催化劑及其在催化果糖水解制乳酸中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種果糖水解制乳酸的催化劑，具體涉及一種硝 酸鑭與磷鉬酸采用離子交換方法得到的鑭基磷鉬酸鹽催化劑及其在催化果糖水解制乳酸 中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 乳酸是一種用途很廣的有機(jī)酸，主要用于食品及醫(yī)藥行業(yè)，作為防腐劑、風(fēng)味劑、 滅菌劑等。隨著其用途的開(kāi)發(fā)及人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，對(duì)乳酸的需求量亦日益增 大。果糖是一種簡(jiǎn)單的單糖，而低聚果糖廣泛存在于自然界中，甘蔗汁、大豆、洋蔥、甜菜、蘆 筍等多種植物都含有低聚果糖，其產(chǎn)量豐富而且廉價(jià)，而果糖在一定催化條件下可以水解 制乳酸，因而具有很大的發(fā)展前景。
[0003] 乳酸的生產(chǎn)方法很多，但工業(yè)上生產(chǎn)乳酸主要是淀粉發(fā)酵法和化學(xué)合成法兩種， 由化學(xué)合成法生產(chǎn)乳酸，可通過(guò)多種途經(jīng)，其中具有現(xiàn)實(shí)意義的是乳腈法。該法是乙醛與氫 氰酸反應(yīng)，生成氰基乙醇后水解，變成乳酸。由于化學(xué)合成法所用的原料是乙醛和劇毒物氫 氰酸，因而以化學(xué)合成法生產(chǎn)乳酸大大受到限制。傳統(tǒng)發(fā)酵工藝目前還在運(yùn)行中，主要是以 玉米粉或薯干為原料，經(jīng)調(diào)漿、糊化、發(fā)酵、中和和酸解，再經(jīng)脫色、陽(yáng)陰離子交換、蒸發(fā)濃縮 和精制得乳酸產(chǎn)品。但因其工藝流程長(zhǎng)，原料消耗大、能耗高、發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)、乳酸收率低、產(chǎn) 品質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題，技術(shù)上還不夠成熟，這些都急待改進(jìn)和調(diào)整，因而很難適用于乳酸的 大量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有工業(yè)化乳酸制備方法存在的缺點(diǎn)，提供 一種鑭基磷鉬酸鹽催化劑及其在高轉(zhuǎn)化率、高活性地催化果糖水解制乳酸中的應(yīng)用。
[0005] 解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該催化劑是硝酸鑭與磷鉬酸按質(zhì)量比為 1:1.6~4.7在去離子水中離子交換后的產(chǎn)物，優(yōu)選硝酸鑭與磷鉬酸按質(zhì)量比為1:2.0~2.8 在去離子水中離子交換后的產(chǎn)物。
[0006] 上述鑭基磷鉬酸鹽催化劑的制備方法為：按照上述質(zhì)量配比，將硝酸鑭與磷鉬酸 分別加入去離子水中，攪拌至固體完全溶解后將兩種溶液混合，然后100~120Γ干燥或旋 轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去去離子水，得到鑭基磷鉬酸鹽催化劑。
[0007] 上述鑭基磷鉬酸鹽催化劑在催化果糖水解制乳酸中的用途，其使用方法為:將鑭 基磷鉬酸鹽催化劑、果糖、蒸餾水加入高壓反應(yīng)釜中，在1~2MPa氮?dú)鈿夥障律郎刂?50~ 190 °C，恒溫反應(yīng)30~120分鐘，得到乳酸。
[0008] 本發(fā)明優(yōu)選將鑭基磷鉬酸鹽催化劑、果糖、蒸餾水加入高壓反應(yīng)釜中，在2MPa氮?dú)?氣氛下升溫至170°C，恒溫反應(yīng)60分鐘，得到乳酸。
[0009] 上述鑭基磷鉬酸鹽催化劑的加入量為果糖質(zhì)量的30%~90%，優(yōu)選鑭基磷鉬酸鹽 催化劑的加入量為果糖質(zhì)量的50%~70%。
[0010] 本發(fā)明催化劑采用磷鉬酸與硝酸鑭離子交換法制備而成，制備方法簡(jiǎn)單，其可高 活性的催化果糖水解制乳酸，果糖的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到100%、乳酸的收率可達(dá)到40 %~60 %左 右，而且本發(fā)明催化劑與反應(yīng)產(chǎn)物是均相的，反應(yīng)后所得溶液中的產(chǎn)物與催化劑互溶，經(jīng)過(guò) 萃取和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的分離方式回收催化劑，回收的催化劑可循環(huán)使用，且循環(huán)使用活性高，連 續(xù)多次反應(yīng)乳酸產(chǎn)率保持不變而催化劑不失活性，適用于乳酸的大量生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于這些實(shí) 施例。
[0012] 實(shí)施例1
[0013] 稱取0.56g磷鉬酸、溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速率攪拌30 分鐘，得到磷鉬酸水溶液;稱取〇.12g硝酸鑭溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉(zhuǎn)/分鐘的 攪拌速率攪拌30分鐘，得到硝酸鑭水溶液;在攪拌條件下將硝酸鑭水溶液以2mL/分鐘的滴 加速率滴加到磷鉬酸水溶液中，滴加完畢后，將溶液溫度升高到40°C并以800轉(zhuǎn)/分鐘的攪 拌速率攪拌2小時(shí)，再將溶液于110°C烘箱中放置12小時(shí)，取出固體產(chǎn)物研細(xì)，得到鑭基磷鉬 酸鹽催化劑。
[0014] 實(shí)施例2
[0015] 稱取0.56g磷鉬酸、溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速率攪拌30 分鐘，得到磷鉬酸水溶液;稱取〇.16g硝酸鑭溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉(zhuǎn)/分鐘的 攪拌速率攪拌30分鐘，得到硝酸鑭水溶液;在攪拌條件下將硝酸鑭水溶液以2mL/分鐘的滴 加速率滴加到磷鉬酸水溶液中，滴加完畢后，將溶液溫度升高到40°C并以800轉(zhuǎn)/分鐘的攪 拌速率攪拌2小時(shí)，再將溶液于110°C烘箱中放置12小時(shí)，取出固體產(chǎn)物研細(xì)，得到鑭基磷鉬 酸鹽催化劑。
[0016] 實(shí)施例3
[0017] 稱取0.56g磷鉬酸、溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速率攪拌30 分鐘，得到磷鉬酸水溶液;稱取0.20g硝酸鑭溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉(zhuǎn)/分鐘的 攪拌速率攪拌30分鐘，得到硝酸鑭水溶液;在攪拌條件下將硝酸鑭水溶液以2mL/分鐘的滴 加速率滴加到磷鉬酸水溶液中，滴加完畢后，將溶液溫度升高到40°C并以800轉(zhuǎn)/分鐘的攪 拌速率攪拌2小時(shí)，再將溶液于110°C烘箱中放置12小時(shí)，取出固體產(chǎn)物研細(xì)，得到鑭基磷鉬 酸鹽催化劑。
[0018] 實(shí)施例4
[0019] 稱取0.56g磷鉬酸、溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速率攪拌30 分鐘，得到磷鉬酸水溶液;稱取〇.24g硝酸鑭溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉(zhuǎn)/分鐘的 攪拌速率攪拌30分鐘，得到硝酸鑭水溶液;在攪拌條件下將硝酸鑭水溶液以2mL/分鐘的滴 加速率滴加到磷鉬酸水溶液中，滴加完畢后，將溶液溫度升高到40°C并以800轉(zhuǎn)/分鐘的攪 拌速率攪拌2小時(shí)，再將溶液于110°C烘箱中放置12小時(shí)，取出固體產(chǎn)物研細(xì)，得到鑭基磷鉬 酸鹽催化劑。
[0020] 實(shí)施例5
[0021] 稱取0.56g磷鉬酸、溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速率攪拌30 分鐘，得到磷鉬酸水溶液;稱取〇.28g硝酸鑭溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉(zhuǎn)/分鐘的 攪拌速率攪拌30分鐘，得到硝酸鑭水溶液;在攪拌條件下將硝酸鑭水溶液以2mL/分鐘的滴 加速率滴加到磷鉬酸水溶液中，滴加完畢后，將溶液溫度升高到40°C并以800轉(zhuǎn)/分鐘的攪 拌速率攪拌2小時(shí)，再將溶液于110°C烘箱中放置12小時(shí)，取出固體產(chǎn)物研細(xì)，得到鑭基磷鉬 酸鹽催化劑。
[0022] 實(shí)施例6
[0023] 稱取0.56g磷鉬酸、溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速率攪拌30 分鐘，得到磷鉬酸水溶液;稱取〇.32g硝酸鑭溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉(zhuǎn)/分鐘的 攪拌速率攪拌30分鐘，得到硝酸鑭水溶液;在攪拌條件下將硝酸鑭水溶液以2mL/分鐘的滴 加速率滴加到磷鉬酸水溶液中，滴加完畢后，將溶液溫度升高到40°C并以800轉(zhuǎn)/分鐘的攪 拌速率攪