5-羥甲基糠醛可由廉價的、可再生的六碳糖、低聚糖、高聚糖，甚至秸稈、甘蔗渣、以及玉米芯等生物質(zhì)原料在催化劑作用下脫水分解制備，在國際上被視為一種介于生物基糖化 學(xué)和石油基化學(xué)之間的關(guān)鍵橋梁化合物，由它為基礎(chǔ)可以合成許多精細(xì)化學(xué)品、醫(yī)藥用品以及大環(huán)化合物，還可以進(jìn)一步羥醛縮合、加氫生成液態(tài)燃料；作為單體可以合成具有光學(xué)活性，可生物降解特性的新型高分子材料。

果糖、葡萄糖、淀粉、菊糖、甘露糖、半乳糖以及蔗糖等單糖和寡糖都被作為合成5-羥 甲基糠醛的直接原料，其中又以果糖的轉(zhuǎn)化效果最好，但是由于果糖成本較高，限制了其應(yīng)用前景。在實(shí)際生產(chǎn)中，通過多糖分解或者將葡萄糖異構(gòu)化是制備果糖常見的手段。利用其他廉價糖類如纖維素、淀粉、蔗糖和葡萄糖等為原料，高效制備HMF是另一條更加經(jīng)濟(jì)可行的生產(chǎn)路線。一般情況下，有多糖類化合物制備HMF的過程一般包括以下3步：①糖類化合物水解生成葡萄糖；②葡萄糖異構(gòu)化為果糖；③果糖再由酸催化劑催化脫水生成HMF。其中，由于葡萄糖異構(gòu)化過程效率低，是糖類化合物高效轉(zhuǎn)化制備HMF的決速步驟，所以針對葡萄糖異構(gòu)化的研究對于生物質(zhì)的綜合利用具有重要意義。

蔗糖是一種由一分子葡萄糖和一分子果糖通過糖苷鍵形成的二糖，與葡萄糖和果糖相比， 蔗糖的生產(chǎn)成本更低，來源更豐富。由于糖苷鍵的不穩(wěn)定性，在高溫?zé)o催化劑條件下即可實(shí)現(xiàn)糖苷鍵的斷裂，將蔗糖分解為葡萄糖和果糖。而葡萄糖是果糖的同分異構(gòu)體，可通過催化其異構(gòu)化轉(zhuǎn)化為果糖，進(jìn)而分解制備5-羥甲基糠醛、乙酰丙酸等高附加值化合物。因此，要實(shí)現(xiàn)蔗糖、葡萄糖作為生產(chǎn)平臺化合物5-羥甲基糠醛和乙酰丙酸的重要原料，其前提條件是設(shè)計(jì)適用于將葡萄糖異構(gòu)化成果糖高效的催化劑及相關(guān)催化體系的開發(fā)。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供了一種N-摻雜多孔炭為載體的MgO/CaO 雙活性中心催化劑的制備方法，該催化劑對葡萄糖異構(gòu)化為果糖、蔗糖分解制備果糖反應(yīng)表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化活性，在經(jīng)濟(jì)上有著極大的優(yōu)勢。

本發(fā)明的一種鈣鎂雙活性中心催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將3～20重量份的甲殼動物外殼、30～50重量份雙氧水以及100重量份去離子水置于玻璃燒杯中，加熱至100℃處理10min后自然冷卻至25～30℃，加入0.2～1重量份的蛋白水解酶，在250r/min的速度下攪拌120min后，過濾收集沉淀，干燥；

(2)將2～5重量份步驟(1)得到的沉淀、100重量份氫氧化物、尿素和水的混合物置 于玻璃燒杯中，攪拌均勻后在-30～-70℃冷凍處理24h，隨后將燒杯置于溫室條件下，以800r/min 的速度下攪拌至樣品完全溶解；

(3)將1～3重量份非離子表面活性劑、100重量份氫氧化鎂乳劑以及100重量份步驟(2) 得到的溶液中，以1500r/min的速度下攪拌2h形成均勻乳劑后，將攪拌速度降至300r/min緩慢滴加3～5mL交聯(lián)劑溶液，反應(yīng)30min后得甲殼素基水凝膠，迅速該水凝膠倒入液氮中冷凍處理60min后，于-0.1MPa、-50℃冷凍干燥處理72h，得氣凝膠； 

(4)將步驟(3)得到的氣凝膠置于真空管式爐中，在99.999％的氬氣氛圍下加熱至900℃ 并保持120min后，自然冷卻至室溫，用大量去離子水洗滌至中性，過濾收集沉淀，在60℃ 真空干燥24h即得黑色的鈣鎂雙活性中心催化劑粉末。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明制備的催化劑具有優(yōu)異的多孔結(jié)構(gòu)，可以有效增加催化劑活性中心與反應(yīng)物質(zhì)的接觸位點(diǎn)，從而顯示出了較高的催化活性。該多孔結(jié)構(gòu)是通過以下兩個途徑實(shí)現(xiàn)的：1)以 甲殼動物外殼中的碳酸鈣、氫氧化鎂乳劑為催化活性中心前軀體，這些前軀體在高溫焙燒過程中能發(fā)生分解生成CO2或H2O氣體，這些氣體具有造孔功能，使炭基載體生成更多的孔道結(jié)構(gòu)；2)結(jié)合液氮冷凍-冷凍干燥技術(shù)，使交聯(lián)反應(yīng)后的甲殼素基水凝膠中的水分子以溫和去除，從而最大程度保留了凝膠疏松多孔的結(jié)構(gòu)。

2.本發(fā)明制備的催化劑活性中心具有優(yōu)異的分散性，減少了催化活性中心的團(tuán)聚現(xiàn)象， 使催化活性得以最大化。催化劑的分散是通過以下三個途徑實(shí)現(xiàn)的：1)CaO活性中心前軀體以碳酸鈣形式，天然存在于甲殼動物外殼中，具有優(yōu)異的分散性；2)以氫氧化鎂乳劑作為MgO活性中心前軀體，氫氧化鎂以納米級顆粒形式存在，在1500r/min的攪拌速度下可均勻分散于甲殼素凝膠中；3)通過迅速液氮冷凍處理凍結(jié)成堅(jiān)硬的塊狀，降低了前軀體因?yàn)橹亓Χ匀怀练e的現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)了活性中心前軀體的高度分散性。

3.本發(fā)明的催化劑以MgO/CaO為共同活性中心，一方面可通過改變兩者的含量比調(diào)控堿含量，同時這兩個活性中心還顯示出了協(xié)同效應(yīng)，提升了催化劑的催化效率和催化選擇性。

4.通過額外摻雜的N元素，使催化劑具有了更豐富的孤對電子，從而賦予了更優(yōu)的催化活性，同時由于N元素為天然存在于甲殼素中，相對額外摻雜的N元素，本發(fā)明得到的N摻雜多孔炭具有更優(yōu)異的均勻性。

5.本發(fā)明制備的N摻雜多孔炭負(fù)載MgO/CaO催化劑是一種非均相催化劑，在催化反應(yīng)完成后可通過離心分離實(shí)現(xiàn)回收，并在高溫焙燒活化處理后，恢復(fù)原催化活性，從而有效的降低催化劑的使用成本。