本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种催化剂及其制备方法和应用。
背景技术：
1、杂环化合物是一类重要的有机化合物，与人类的生活密不可分，据统计，美国食品药品监督管理局(fda)批准的药物分子中至少一半以上都含有至少一个含氮杂环。另一方面，含氮脂肪族杂环化合物如哌啶(c5h11n)、吡咯烷(c4h9n)、吗啉(c4h9no)、环己亚胺(c7h15n)、哌嗪(c4h10n2)等在医药化工领域有着广泛的应用，可以作为原料、催化剂、溶剂等。近年来，随着新药分子的不断开发，合成工艺的更新换代，脂肪族含氮杂环化合物应用领域不断拓宽，应用前景广阔。
2、传统的合成方式大多使用相应的芳香含氮杂环在雷尼镍作为催化剂，在高温高压条件下，通过催化氢化可以得到含氮脂肪族杂环化合物。由于加氢反应的不完全，反应后物料通常含有部分原料，由于分子量相近，给后续的分离纯化带来困难。
3、对于2-甲酸哌啶，外文文献(tetrahedron:asymmetry,2006,17(12):1775-1779.)报道了使用酶催化的方法可以有效将赖氨酸转化为2-甲酸哌啶，具有能耗低、产率高的特点，但受制于酶独特的选择性，对于赖氨酸类似物的转化率较低，底物适用性较差。
4、戊二胺是一种重要的c5平台化合物，可由玉米、秸秆等生物质经过生物发酵即可得到，是一个全生物基的5碳分子，以戊二胺为原料，在催化剂作用下经催化脱氨制备哌啶的方法已有一些报道，其中的催化剂选择是关键。典型的催化剂有：1958年公开的美国专利us2863872采用硅胶、硅铝胶等为催化剂，在固定床反应器中气固相反应制备哌啶，反应温度300-500℃，反应物料经冷凝、蒸馏得到产物哌啶，最高收率为62.3％；美国学者报道了一种贵金属催化剂，以戊二胺为原料在二苯醚有机溶剂中，2％(摩尔百分比)三苯基膦氯化钌催化剂存在下制备哌啶，反应温180℃，5小时，收率79％(joc，1981,46,1759-1760)；日本学者则发现在水相中，以50％催化剂用量(相对于戊二胺)，以铝粉作为添加剂，以>95％的收率从戊二胺合成哌啶。上述催化剂合成哌啶的方法中采用硅胶为催化剂的固定床气固相反应存在收率不高，有大量高沸点副产物，从而给产品的精制和回收带来了很大的困难，并提高了生产成本；而以贵金属为催化剂的哌啶合成方法虽然得率提高了，但是催化剂价格昂贵，反应条件苛刻，不具有大规模工业生产的潜力。
5、另一方面，中国专利cn 104844539 a报道将生物基1，5-戊二胺转化为哌啶的工艺，在改性分子筛催化剂存在条件下可以获得哌啶，但温度为300℃以上，能耗较高，生产成本较大，因此不具备大规模生产能力。
技术实现思路
1、本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种催化剂及其制备方法和应用。
2、在本发明的第一个方面，本发明提出了一种催化剂。根据本发明的实施例，该催化剂包括：2～68重量份载体和32～98重量份金属催化剂，所述金属催化剂负载于所述载体上，其中，所述金属催化剂为组分(a)和可选的组分(b)；其中，组分(a)为镍金属和/或镍的氧化物；组分(b)包括li、na、k、be、mg、ca、cu、co、cr、zr、mo、zn、cd、ru、rh、pd、pt、lio、na2o、k2o、beo、mgo、cao、cuo、coo、cr2o3、zro2、mo2o3、zno、cdo、ruo2、rh2o3、pdo、pto2中的至少之一，所述载体包括氧化铝、氧化硅、硅藻土、活性炭、分子筛和沸石中的至少一种。
3、在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述催化剂的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将组分(a)和组分(b)对应的金属盐和载体混合，共沉淀制备得到催化剂。
4、在本发明的第三个方面，本发明提出了一种制备脂肪族含氮杂环化合物的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：在稀释气体氛围中，将脂肪族二元胺的原料和催化剂在温度为80～200℃、压力为0.1～5mpa的条件下反应，反应后分离得到脂肪族含氮杂环化合物。
5、在本发明的第四个方面，本发明提出了一种连续制备脂肪族含氮杂环化合物的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(a)将催化剂装填在反应装置中；(b)将脂肪族二元胺的原料和稀释气体通入反应装置，并控制反应装置的温度和压力；(c)收集产物，分离得到脂肪族含氮杂环化合物。
6、在本发明的第五个方面，本发明提出了一种制备哌啶的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：在稀释气体氛围中，将戊二胺的原料在温度为80～200℃、压力为0.1～5mpa的条件下反应，反应后分离得到哌啶。
7、在本发明的第六个方面，本发明提出了一种连续制备哌啶的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(i)将催化剂装填在反应装置中；(ii)将戊二胺的原料和稀释气体通入反应装置，并控制反应装置的温度和压力；(iii)收集产物，分离得到哌啶。
8、在本发明的第七个方面，本发明提出了一种采用上述方法制备得到的生物基哌啶。根据本发明的实施例，所述生物基哌啶的铂-钴色号小于8，纯度>99.7％，水含量在1000ppm以下，吡啶含量在1000ppm以下，优选在10ppm以下，戊二胺含量在100ppm以下，密度为0.860-0.865g/l。
9、在本发明的第八个方面，本发明提出了一种生物基哌啶。根据本发明的实施例，其以生物基戊二胺为原料制备获得。
10、在本发明的第九个方面，本发明提出了一种生物基哌啶的应用。根据本发明的实施例，所述应用包括生物基哌啶作为橡胶促进剂、农药和医药合成原料的应用。
11、本发明具有以下有益效果：
12、(1)本发明提供了一种催化剂，对脱氨环化反应具有高效的催化效率，降低了成产成本；
13、(2)本发明利用常见易得的脂肪族二元胺或其盐为原料，通过一步脱氨环化反应快速合成脂肪族含氮杂环化合物，具有底物范围广，反应效率高，选择性好，操作简单，污染小的特点，具有广泛的产业化应用前景；
14、(3)本发明可以在温和的条件下获得高收率、高选择性的哌啶，该工艺操作简单，副产物少，污染少，可以快速获得哌啶，具有大规模生产的潜力，有利于实现产业化应用；
15、(4)本发明提供了一种生物基哌啶，相较于现有市售哌啶，生物基哌啶的全部碳原子来源均为生物基原料，品质符合行业标准t-4485-2002，与市售哌啶相当，且不含有吡啶杂质，可进一步应用于橡胶促进剂、农药、医药等领域。
16、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
1.一种催化剂，其特征在于，所述催化剂包括：2～68重量份载体和32～98重量份金属催化剂，所述金属催化剂负载于所述载体上，其中，所述金属催化剂为组分(a)和可选的组分(b)；
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述组分(a)和组分(b)的质量比为(30～80)：(0～12)。
3.一种制备权利要求1或2所述的催化剂的方法，其特征在于，所述方法包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述组分(a)对应的盐、所述组分(b)对应的盐和所述载体的质量比为(30～80)：(0～12)：(5～30)；
5.一种制备脂肪族含氮杂环化合物的方法，其特征在于，所述方法包括：在稀释气体氛围中，将脂肪族二元胺的原料和催化剂在温度为80～200℃、压力为0.1～5mpa的条件下反应，反应后分离得到脂肪族含氮杂环化合物，所述脂肪族二元胺的原料含有具有如下结构式的脂肪族二元胺或其盐：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述催化剂为权利要求1或2所述的催化剂；
7.一种连续制备脂肪族含氮杂环化合物的方法，其特征在于，所述方法包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述催化剂为权利要求1或2所述的催化剂；
9.一种制备哌啶的方法，其特征在于，所述方法包括：在稀释气体氛围中，将戊二胺的原料和催化剂在温度为80～200℃、压力为0.1～5mpa的条件下反应，反应后分离得到哌啶。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述反应的催化剂为权利要求1或2所述的催化剂；
11.一种连续制备哌啶的方法，其特征在于，所述方法包括：
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤(i)中，所述催化剂为权利要求1或2所述的催化剂；
13.一种采用权利要求10所述的方法制备得到的生物基哌啶，其特征在于，所述生物基哌啶的铂-钴色号小于8，纯度>99.7％，水含量在1000ppm以下，吡啶含量在1000ppm以下，优选在10ppm以下，戊二胺含量在100ppm以下，密度为0.860-0.865g/l。
14.根据权利要求13所述的生物基哌啶，其特征在于，所述生物基哌啶中不含吡啶；和/或，
15.一种生物基哌啶，其特征在于，其以生物基戊二胺为原料制备获得；
16.根据权利要求15所述的生物基哌啶，其特征在于，所述生物基哌啶中不含吡啶；和/或，
17.一种如权利要求15或16所述的生物基哌啶的应用，其特征在于，所述应用包括生物基哌啶作为橡胶促进剂、农药和医药合成原料的应用；
