5-羥甲基糠醛可由廉價(jià)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(guó)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,可用于合成許多有用化合物以替代石油基化學(xué)品， 應(yīng)用于包括燃料、醫(yī)藥、新型高分子材料、塑料、燃油添加物等。近年來(lái)，以生物質(zhì)六碳糖類(lèi)為原料催化轉(zhuǎn)化制備5-羥甲基糠醛及5-羥甲基糠醛下游轉(zhuǎn)化利用的研究得到了迅猛的發(fā) 展，其中最具前景的是5-羥甲基糠醛氧化產(chǎn)物2,5-呋喃二甲酸(FDCA)，可以作為市場(chǎng)份額高達(dá)4500萬(wàn)t/a的對(duì)苯二甲酸替代物，用于聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二 酯(PBT)和聚對(duì)苯二酸丙二醇酯(PTT)等大宗型聚酯材料的制備。同時(shí),HMF本身具有藥物活性，是很多中藥的有效成分,可以用來(lái)合成一系列醫(yī)藥和農(nóng)藥的前驅(qū)化合物；此外，以5-羥甲基糠醛為原料，通過(guò)偶聯(lián)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)碳數(shù)增加再結(jié)合加氫脫氧反應(yīng)，是制備高級(jí)C7～C15烷烴燃料分子的有效途徑，同樣有著巨大的應(yīng)用前景和社會(huì)意義。

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。葡萄糖和果糖作為同分異構(gòu)體均可以轉(zhuǎn)化生成5-羥甲基糠醛，進(jìn)一步脫水生成乙酰丙酸。因此，葡萄糖和果糖可作為生產(chǎn)平臺(tái)化合物5-羥甲基糠醛和乙酰丙酸的重要原料。與葡萄糖相比，果糖轉(zhuǎn)化合成5-羥甲基糠醛不但轉(zhuǎn)化效率高，甚至在無(wú)催化劑條件下也可合成 5-羥甲基糠醛，果糖比葡萄糖更適合轉(zhuǎn)化合成平臺(tái)化合物，葡萄糖異構(gòu)化成果糖被認(rèn)為是轉(zhuǎn)化生物質(zhì)為燃料和化學(xué)品的關(guān)鍵化學(xué)步驟。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種N、S-摻雜活性炭負(fù)載MgO/Nb2O5催化劑的制備方法，該催化劑可以在溫和條件下高效催化葡萄糖異構(gòu)化為高附加值的果糖，在經(jīng)濟(jì)上有著極大的優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明的一種用于催化葡萄糖異構(gòu)化高活性催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將3～20重量份的高直鏈淀粉、1～2.5重量份的尿素、0.5～1.5重量份的硫脲、2～5重量份的鎂鹽、2～3重量份的氫氧化鈮以及100重量份去離子水，倒入玻璃容器中，在 1200～1600r/min的攪拌速度下加熱至90～95℃，繼續(xù)攪拌30min后，迅速將反應(yīng)物料倒入液氮中冷凍處理60min后，于-0.1MPa，-50℃冷凍干燥處理72h，得淀粉基氣凝膠；

(2)將上述淀粉基氣凝膠置于真空管式爐中，在惰性氣體氛圍下加熱至1100℃并保持 120min后，自然冷卻至室溫，用大量去離子水洗滌，過(guò)濾收集沉淀，在60℃真空干燥24h 即得黑色催化劑粉末。

 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(guò)以下兩個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)的：1)以鎂鹽 (碳酸鎂、氫氧化鎂或碳酸氫鎂)和氫氧化鈮為催化活性中心前軀體，這些前軀體在高溫焙燒過(guò)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)，使淀粉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(guò)以下途徑實(shí)現(xiàn)的：以1200～1600r/min的攪拌速度使催化劑活性中心前軀體均勻分散在高直鏈淀粉糊中，并迅速通過(guò)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/Nb2O5為共同活性中心，一方面可通過(guò)改變兩者的含量比調(diào)控的堿含量，同時(shí)這兩個(gè)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(guò)額外摻雜的N、S元素，使催化劑具有了更豐富的孤對(duì)電子，從而賦予了更優(yōu)的催化活性。

5.本發(fā)明制備的N、S-摻雜活性炭負(fù)載MgO/Nb2O5催化劑是一種非均相催化劑，在催化反應(yīng) 完成后可通過(guò)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。