一种催化剂及其制备方法和其在电化学法制备β-胡萝卜素中的应用与流程

技术特征：
1.一种催化剂，其特征在于，所述催化剂为一种石墨烯负载金属铁酸盐和金属氧化物催化剂，其中，以石墨烯载体质量为基准计，金属铁酸盐的负载量为4-10wt％，优选5-7wt％；金属氧化物的负载量为10-25wt％，优选15-20wt％。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述金属铁酸盐选自第四周期过渡金属的铁酸盐，优选铁酸锰、铁酸钴、铁酸锌、铁酸镍、铁酸铜中的任意一种或至少两种的组合，更优选为铁酸镍；和/或所述金属氧化物选自第四、五周期过渡金属氧化物，优选氧化钛、氧化铬、氧化钴、二氧化锰、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化钇、氧化锆中的任意一种或至少两种的组合，更优选为氧化钴。3.一种权利要求1或2所述催化剂的制备方法，其特征在于，步骤包括：将氧化石墨烯与水混合得到氧化石墨烯分散液，然后与金属铁酸盐超声混合，再向其中加入金属氧化物前体及还原剂，充分搅拌，在150-220℃，优选180-200℃水热反应10-18h，优选12-15h，反应完成后水洗、干燥，制得催化剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液，其中水的质量为氧化石墨烯质量的100-300倍，优选200-250倍；和/或所述金属铁酸盐质量为氧化石墨烯质量的4-10％，优选5-7％；和/或所述金属氧化物前体对应得到的金属氧化物质量为氧化石墨烯质量的10-30％，优选15-20％；优选地，所述金属氧化物前体选自金属可溶性盐，所述金属可溶性盐更优选为金属氧化物中对应金属元素的醋酸盐、盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、溴化物及对应水合物中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选盐酸盐；和/或所述还原剂选自硼氢化钠、尿素、维生素c、水合肼、氨水、乙二胺中的任意一种或至少两种的组合，优选乙二胺；优选地，所述还原剂质量为氧化石墨烯质量的1-20倍，优选2-10倍；和/或所述超声混合，超声频率为20-200khz；超声时间为0.5-2.5h；和/或所述充分搅拌，搅拌转速为300-600rpm；搅拌时间为2-5h。5.权利要求1或2所述催化剂或者由权利要求3或4所述方法制备的催化剂在电化学制备β-胡萝卜素领域的应用，尤其适用于通过电化学由维生素a三苯基膦盐制备β-胡萝卜素的方法。6.一种由维生素a三苯基膦盐电化学制备β-胡萝卜素的方法，其特征在于，该方法是以维生素a三苯基膦盐的水溶液作为电解液，在权利要求1或2所述催化剂或者由权利要求3或4所述方法制备的催化剂和碱存在下，进行电解反应，制得β-胡萝卜素。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述维生素a三苯基膦盐为具有式1所示结构的化合物：和/或所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的任意一种或至少两种的组合，优选碳酸钠；
优选地，所述碱与水配制为碱液后使用，所述碱液浓度为10-25wt％，优选15-20wt％；优选地，所述碱液采用连续加料方式，更优选滴加加料方式，加料时间为10-60min，优选20-40min，碱液加料时间不计入电解反应时间内；和/或所述维生素a三苯基膦盐与水的质量比为1:5-15，优选1：8-10；和/或所述催化剂质量为维生素a三苯基膦盐质量的10-30％，优选15-20％；和/或所述维生素a三苯基膦盐与碱的摩尔比为1:1-2.5，优选1:1.1-2。8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述电解反应，电流密度为300-800a/m2，优选500-600a/m2；反应温度为10-40℃，优选20-30℃；反应时间为1-5h，优选2-3h。9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，所述电解反应在无隔膜电解槽中进行，所述无隔膜电解槽的阴极电极、阳极电极均选自惰性电极，优选铂电极、金电极、石墨电极中的一种或多种。10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，所述电解反应结束后，通过外加磁场分离催化剂，然后用二氯甲烷洗涤，干燥后进行套用；回收催化剂后的电解反应液过滤，固体经水洗、干燥得β-胡萝卜素；过滤后的滤液循环套用至下次电解反应中，套用时滤液加硫酸调节ph至中性后，浓缩脱除由碱液引入的水分，然后转移入电解槽中进行套用，套用时补加各原料至所需用量即可。

技术总结
本发明公开了一种催化剂及其制备方法和其在电化学法制备β-胡萝卜素中的应用。所述催化剂具体为一种石墨烯负载金属铁酸盐和金属氧化物催化剂。以维生素A三苯基膦盐的水溶液作为电解液，在该催化剂和碱存在下，进行电解反应，制得β-胡萝卜素。本发明方法产品收率高，同时避免了传统工艺中氧化剂的使用，安全性高，绿色环保。本发明方法还具有产品β-胡萝卜素收率高（可达90%以上），催化剂和电解液可循环套用，废水量少等优点。废水量少等优点。


技术研发人员：张弈宇 王婕 接鲸瑞 沈宏强 宋军伟 张涛
受保护的技术使用者：万华化学集团股份有限公司
技术研发日：2022.03.07
技术公布日：2022/5/30