【化工装备十年大发展】2645-2025全球首套生物基 1,5 - 戊二醇工艺在舟山基地试验成功

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近日，世倍尔公司宣布，其全球首套生物基 1,5 - 戊二醇工艺在舟山基地试验成功，采用全球首套一步加氢工艺。经检测，其生物基 1,5 - 戊二醇纯度高达超过99.5%，色度小于5，水分含量小于0.1%，各项指标均符合甚至超越国际标准。



目前工业化生产主要采用两种技术路线，均需严格控制反应条件以确保产物纯度。

石油基路线以四氢糠醇为起始原料，经两步转化获得目标产物。

具体工艺为：先将四氢糠醇在酸性条件下脱水生成二氢吡喃中间体，该步骤需控制温度在50℃范围内，反应时间维持在30-40分钟；随后通过水合反应将二氢吡喃转化为5-羟基戊醛，采用镍催化剂在120-150℃、6MPa压力下进行加氢反应，最终减压蒸馏收集119-120℃（0.4kPa）馏分，产物收率可达85%以上。关键质量控制点在于中和工序的pH调节及蒸馏阶段的温度控制。

生物基路线则以环戊二烯为原料，通过光氧化反应生成环氧戊烯醛中间体，随后在70-100℃、7MPa压力条件下催化加氢。该工艺优势在于原料可再生性，但反应器设计要求较高，需配备专业的光化学反应装置和高压加氢系统。

两种工艺路线最终产品均需符合化妆品原料标准，关键指标包括纯度≥99%、水分含量≤0.1%、重金属残留≤10ppm等。

世倍尔公司的生物基 1,5 - 戊二醇生产技术是全球首套采用特殊催化剂的一步加氢工艺，具有重大的示范意义。在设计和试验过程中，充分考虑了环保、安全和高效生产的需求。采用了先进的自动化控制系统，确保生产过程的精准控制和稳定运行。

生物基1,5 - 戊二醇作为一种重要的有机化工原料，在多个领域有着广泛的应用。

在高端化妆品行业：1,5 - 戊二醇因其出色的保湿和防腐性能，成为众多知名品牌的首选原料。生物基来源的 1,5 - 戊二醇更符合当下消费者对天然、绿色化妆品的追求，市场需求旺盛。在化妆品原料领域，1,5-戊二醇的纯度直接影响其应用效果和安全性。根据行业标准，化妆品级1,5-戊二醇的纯度要求不低于99%，这一标准与同分异构体1,2-戊二醇的纯度要求相当。

在生物医药领域：1,5 - 戊二醇可用于合成多种药物中间体，对药物的研发和生产具有重要意义。其高纯度和稳定性的特点，能够满足生物医药行业对原料的严格要求，为创新药物的开发提供有力支持。

高端聚氨酯，电动汽车行业：1,5 - 戊二醇在高端聚氨酯、聚酯等高分子材料的生产中也扮演着关键角色。通过使用生物基 1,5 - 戊二醇，可以生产出高端PCDL、戊内酯、新型PA56纤维等具有更好性能和环保特性的高分子材料，出口日本、泰国、马来西亚，广泛应用于医药中间体、电动汽车锂电池包覆材料、高价服装材料及建筑、包装行业。

化工学院梁长海、陈霄团队在糠醛选择加氢制1,5-戊二醇方向取得新进展


时间：2024-12-06 作者： 点击：[949]
生物质高效清洁转化是实现国家双碳战略目标一条重要的途径。作为重要生物质平台化合物的糠醛可转化为多种精细化学品，如糠醇、四氢糠醇、2-甲基呋喃、环戊醇、环戊酮、1,2-戊二醇和1,5-戊二醇等。其中1,5-戊二醇可广泛应用于聚酯树脂、合成润滑剂、聚酯聚醇、弹性体增塑剂等，预计2027年全球市值将达4200万美元。因此，开发生物基糠醛制1,5-戊二醇具有重要的应用价值。

近日，我校化工学院梁长海教授和陈霄副教授团队通过调控金属活性位点和载体氧空位，构筑金属-载体界面微环境，显著降低了糠醛加氢为1,5-戊二醇所需的活化能，提高了1,5-戊二醇收率。该研究为糠醛定向加氢催化剂的开发提供了重要的参考，同时生物基1,5-戊二醇合成提供了理论支持。相关成果以“Insights on the Hydrogenation of Furfural and Its Derivatives to 1,5-Pentanediol over Ni/La-substituted CeO2 Catalysts”为题发表在《Chemical Engineering Journal》期刊上，以“Selective Hydrogenolysis of Furfural-derived Tetrahydrofurfuryl Alcohol to 1,5-Pentanediol over Ni-Co/La(OH)x Bimetallic Catalysts”为题发表在《Fuel》期刊上，并且中国发明专利“一种糠醛一步加氢制1,5-戊二醇的方法”（ZL202211218391.5）获得授权。论文第一作者是陈霄副教授，通讯作者是梁长海教授和陈霄副教授。

糠醛及其衍生物中特定键的精确活化制备高值精细化学品和聚合物单体具有重要意义，其关键在于高效催化剂的构筑。本研究从稀土金属氧化物载体和活性金属组分两个维度，探究了Ni基双功能催化剂的结构特性及其在糠醛衍生物加氢-氢解制备1,5-戊二醇过程中的催化活性和影响机制；揭示了Ni基双功能催化剂催化糠醛及其衍生物转化为1,5-戊二醇的反应机理，建立了催化剂构效关系，并通过反应工艺条件的优化实现了高效转化。

通过共沉淀-水热法开发了具有可调表面氧空位的La取代CeO2负载Ni催化剂，用于糠醛及其衍生物氢解制备1,5-戊二醇。在La取代CeO2负载Ni催化剂中，Ni/3.0La2O3-CeO2具有界面Niδ+-OV-LaxCe位点，是一种有前景用于糠醛及其衍生物氢解制备1,5-戊二醇的非贵金属催化剂。动力学结果表明，在La取代CeO2负载Ni催化剂上将糠醛加氢为1,5-戊二醇过程中，与C=O和C=C键的加氢相比，C-O键的裂解是最大的挑战。Ni/3.0La2O3-CeO2催化四氢糠醇氢解反应中，1,5-戊二醇的收率可达70%，远高于非贵金属基催化剂。在温和反应条件下，用于离解H2的金属Ni0位点、界面Niδ+-OV-LaxCe位点和用于吸附/活化C-O-C键的碱性位点对四氢糠醇氢解为1,5-戊二醇起着至关重要的作用。此外，Ni/3.0La2O3-CeO2显示出优异的稳定性。该工作为糠醛及其衍生物氢解生物基精细化学品的发展奠定了基础。



以Ni为活性组分，引入第二金属Co，采用共沉淀-水热法合成了不同Ni/Co摩尔比的Ni-Co/La(OH)x双金属催化剂，研究了Co的引入对Ni配位环境的影响及其在四氢糠醇加氢-氢解过程中的作用机制。发现富含缺陷位点的La(OH)x使Ni-Co合金极化，从而促进氢气的异裂，并进一步暴露更多的界面NiCo-OV-La3+位点。通过利用合金位点与界面位点之间的协同作用，优化后的Ni4Co1/La(OH)x双金属催化剂显著增强了四氢糠醇中–OH基团的吸附，并促进了活性氢物种对四氢呋喃环内C-O-C键的选择性攻击。该方法显著提升了四氢糠醇选择性氢解为1,5-戊二醇的效率，其中1,5-戊二醇选择性达88.6%和四氢糠醇转化率达98.1%。此外，Ni4Co1/La(OH)x双金属催化剂在糠醛一锅法加氢-氢解反应中表现出优越的性能，显示出17.77 kJ/mol的活化能和192.1 h−1的转换频率。值得注意的是，Ni4Co1/La(OH)x双金属催化剂也展现出很好的稳定性。上述结果为开发可再生二醇单体提供了理论支撑。

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