山梨醇制備及轉化催化劑研究進展

李嘉博 吉林省石油化工設計研究院

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，在優化皮革質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，通過氫化反應獲取山梨醇是目前應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粉末形態，顆粒度非常細膩，其密度比鎳催化劑要小很多，所以在催化反應過程中，不需要太大的攪拌動作即可實現很好的氫化效果，對葡萄糖的轉化率非常高。而且催化效果更加穩定、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，以達到反復利用的目的，應用空間非常廣闊，所以近年來得到研究者的重點關注。儲氫合金催化劑則是后期開發的新型催化材料，最開始在電池生產制造工藝中應用比較多。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、產量也比較高，尤其與鎳催化劑相比，其產率高出將近百分之六十，而且該類催化劑對于催化反應設備的要求也較為溫和，所以許多生產企業都在開發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和利用，相關企業通過葡萄糖進行氫化反應從而制備成山梨醇的工藝已經越來越純熟，制備流程也越來越完善。

二、山梨醇的轉化

山梨醇轉化成多元醇的過程是一個氫解反應的過程，催化劑的選取和催化時的溫度對于轉化效果至關重要。經過大量的實踐研究發現，采用鉑催化劑和鈀催化劑進行山梨醇的催化氫解反應效果比較微弱，釕催化劑和鎳催化劑的反應性能相對要好一些，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的溫度定在180℃左右，其催化效率最高。也有相關研究者對CuO-ZnO類催化劑在山梨醇轉化反應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物的影響，結果表明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。考察以Pt為活性組分，不同催化劑載體對液相重整反應的影響，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。此外有研究表明，以Pt/AI203為催化劑，以HCl調整反應的pH值，同樣可以得到較高產量的高碳烷烴。

（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。大多數液相重整催化劑的活性組分都是貴金屬。

三、結語

經過以上論述可以發現，山梨醇可以通過多種催化劑反應生成不同的物質，具有很強的實際應用價值。催化劑體系將逐漸呈現多元化發展趨勢，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化所使用的主要催化劑，相關研究工作者也正在積極開發其他新型高性能的催化劑，以期進一步提高山梨醇的產量。但是我國目前還只是在山梨醇的制備方面實踐經驗比較多，在山梨醇的轉化應用領域依然比較狹隘，由于山梨醇的制備和轉化是一種可循環利用的環保生產工藝，具有可持續發展性能，所以相關行業工作者應當加大該領域的研究力度，進一步擴展山梨醇的應用范圍。