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用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于催化技術領域，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 中的應用。
【背景技術】
[0002] 乳酸是一種用途很廣的有機酸，主要用于食品及醫藥行業，作為防腐劑、風味劑、 滅菌劑等。隨著其用途的開發及人們物質生活水平的不斷提高，對乳酸的需求量亦日益增 大。果糖是一種簡單的單糖，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，其產量豐富而且廉價，而果糖在一定催化條件下可以水解 制乳酸，因而具有很大的發展前景。
[0003] 乳酸的生產方法很多，但工業上生產乳酸主要是淀粉發酵法和化學合成法兩種， 由化學合成法生產乳酸，可通過多種途經，其中具有現實意義的是乳腈法。該法是乙醛與氫 氰酸反應，生成氰基乙醇后水解，變成乳酸。由于化學合成法所用的原料是乙醛和劇毒物氫 氰酸，因而以化學合成法生產乳酸大大受到限制。傳統發酵工藝目前還在運行中，主要是以 玉米粉或薯干為原料，經調漿、糊化、發酵、中和和酸解，再經脫色、陽陰離子交換、蒸發濃縮 和精制得乳酸產品。但因其工藝流程長，原料消耗大、能耗高、發酵時間長、乳酸收率低、產 品質量不穩定等問題，技術上還不夠成熟，這些都急待改進和調整，因而很難適用于乳酸的 大量生產。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題在于克服現有工業化乳酸制備方法存在的缺點，提供 一種鑭基磷鉬酸鹽催化劑及其在高轉化率、高活性地催化果糖水解制乳酸中的應用。
[0005] 解決上述技術問題所采用的技術方案是:該催化劑是硝酸鑭與磷鉬酸按質量比為 1:1.6~4.7在去離子水中離子交換后的產物，優選硝酸鑭與磷鉬酸按質量比為1:2.0~2.8 在去離子水中離子交換后的產物。
[0006] 上述鑭基磷鉬酸鹽催化劑的制備方法為：按照上述質量配比，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 轉蒸發除去去離子水，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釜中，在1~2MPa氮氣氣氛下升溫至150~ 190 °C，恒溫反應30~120分鐘，得到乳酸。
[0008] 本發明優選將鑭基磷鉬酸鹽催化劑、果糖、蒸餾水加入高壓反應釜中，在2MPa氮氣 氣氛下升溫至170°C，恒溫反應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量的30%~90%，優選鑭基磷鉬酸鹽 催化劑的加入量為果糖質量的50%~70%。
[0010] 本發明催化劑采用磷鉬酸與硝酸鑭離子交換法制備而成，制備方法簡單，其可高 活性的催化果糖水解制乳酸，果糖的轉化率可達到100%、乳酸的收率可達到40 %~60 %左 右，而且本發明催化劑與反應產物是均相的，反應后所得溶液中的產物與催化劑互溶，經過 萃取和旋轉蒸發的分離方式回收催化劑，回收的催化劑可循環使用，且循環使用活性高，連 續多次反應乳酸產率保持不變而催化劑不失活性，適用于乳酸的大量生產。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明的保護范圍不僅限于這些實 施例。
[0012] 實施例1
[0013] 稱取0.56g磷鉬酸、溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉/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/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/分鐘的攪 拌速率攪拌2小時，再將溶液于110°C烘箱中放置12小時，取出固體產物研細，得到鑭基磷鉬 酸鹽催化劑。
[0014] 實施例2
[0015] 稱取0.56g磷鉬酸、溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉/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/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/分鐘的攪 拌速率攪拌2小時，再將溶液于110°C烘箱中放置12小時，取出固體產物研細，得到鑭基磷鉬 酸鹽催化劑。
[0016] 實施例3
[0017] 稱取0.56g磷鉬酸、溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉/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/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/分鐘的攪 拌速率攪拌2小時，再將溶液于110°C烘箱中放置12小時，取出固體產物研細，得到鑭基磷鉬 酸鹽催化劑。
[0018] 實施例4
[0019] 稱取0.56g磷鉬酸、溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉/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/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/分鐘的攪 拌速率攪拌2小時，再將溶液于110°C烘箱中放置12小時，取出固體產物研細，得到鑭基磷鉬 酸鹽催化劑。
[0020] 實施例5
[0021] 稱取0.56g磷鉬酸、溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉/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/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/分鐘的攪 拌速率攪拌2小時，再將溶液于110°C烘箱中放置12小時，取出固體產物研細，得到鑭基磷鉬 酸鹽催化劑。
[0022] 實施例6
[0023] 稱取0.56g磷鉬酸、溶于20mL去離子水中，室溫下以500轉/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/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/分鐘的攪 拌速率攪