葡萄糖催化转化制备5-羟甲基糠醛的研究

发布时间：2017-10-13 10:39

  本文关键词：葡萄糖催化转化制备5-羟甲基糠醛的研究

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【摘要】：石油资源短缺,环境日益恶化严重影响着经济和社会的发展。如何合理开发利用可持续性资源以缓解环境和资源问题已成为目前研究的重点。生物质是可持续资源的一种,有极大的应用潜力,可作为化石基能源的替代物。其中,5-羟甲基糠醛(5-HMF)的研究备受关注,它可由糖类脱水制备而成,是化工产业中众多高附加值化学品及液体燃料的中间化合物,性质非常的活泼。因此,由己糖出发高效制备5-HMF具有重要的意义。本文研究了以AlCl3·6H2O和B(OH)3为催化剂,催化葡萄糖制备5-HMF的反应。发现在以水为反应相,四氢呋喃(THF)为有机相的双相体系中,170℃油浴加热反应40 min,葡萄糖完全转化,5-HMF产率接近60%。其中无机盐KCl的加入不仅提高了产物在有机相与反应相中的分配比,而且也有效的抑制了副产物的生成。金属卤化物中,低浓度的ZnCl2,CoCl2·6H2O,MnCl2·4H2O,NiCl2·6H2O,FeCl3·6H2O的催化效果较差,而ZrOCl2·8H2O,InCl3·4H2O在此反应则有较高的催化活性。B(OH)3的引入能有效的增强葡萄糖的异构反应。葡萄糖制备5-HMF的反应机理也被提出,即葡萄糖先异构为果糖,果糖脱水生成5-HMF。与其他均相催化剂(Cr/离子液体、H2SO4和HCl)比较,AlCl3-B(OH)3-NaCl-H2O/THF双相催化体系催化效果更为突出。同时,本文对非均相催化剂也进行了研究。采用浸渍法制备SO42-/WO3-γ-Al2O3催化剂,用于葡萄糖脱水合成5-HMF的反应。实验发现WO3负载量为15 wt%,650℃马弗炉煅烧4 h的催化剂效果最好。优化实验条件后,5-HMF产率可达30.4%。最适宜的反应条件为:底物葡萄糖的量为0.04 g,V(THF):V(H2O)=3.2:1,反应温度为175℃,反应时间为40 min,无机盐KCl的量为2.8 g,催化剂为0.24 g。
【关键词】：葡萄糖 氯化铝 硼酸 SO42-/WO3-γ-Al2O3 5-羟甲基糠醛
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ251.11
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-24
• 1.1 生物质7-8
• 1.1.1 生物质概述7
• 1.1.2 生物质开发与利用7-8
• 1.2 5-羟甲基糠醛(5-HMF)的合成8-13
• 1.2.1 5-HMF的性质8-9
• 1.2.2 5-HMF的应用9-10
• 1.2.3 5-HMF合成机理10-13
• 1.3 5-HMF的研究状况13-21
• 1.3.1 传统酸催化剂13-15
• 1.3.2 Lewis酸催化剂15-17
• 1.3.3 离子液体17-18
• 1.3.4 分子筛、固体杂多酸18-19
• 1.3.5 离子交换树脂19-20
• 1.3.6 金属氧化物20
• 1.3.7 其它新型催化剂20-21
• 1.4 5-HMF制备中存在的问题21-22
• 1.5 本课题研究的意义22-24
• 第二章 硼酸与氯化铝共催化葡萄糖制备 5-羟甲基糠醛24-45
• 2.1 实验药品及仪器24-25
• 2.1.1 主要实验药品24-25
• 2.1.2 实验仪器25
• 2.2 葡萄糖脱水反应25-26
• 2.2.1 反应条件25-26
• 2.2.2 反应过程26
• 2.3 产物分析26-29
• 2.3.1 产物分析方法和公式26-27
• 2.3.2 葡萄糖标准曲线27-28
• 2.3.3 5-HMF标准曲线28
• 2.3.4 果糖标准曲线28-29
• 2.4 结果与讨论29-44
• 2.4.1 金属卤化物对反应的影响29-31
• 2.4.2 负载型(M)-γ-Al_2O_3催化剂与金属卤化物的对比31-33
• 2.4.3 溶剂对反应的影响33-35
• 2.4.4 无机盐对反应的影响35-36
• 2.4.5 B(OH)_3对反应的影响36-37
• 2.4.6 AlCl_3·6H_2O对反应的影响37-38
• 2.4.7 温度对反应的影响38-39
• 2.4.8 反应时间对反应的影响39-40
• 2.4.9 葡萄糖浓度对反应的影响40-41
• 2.4.10 不同反应底物对反应的影响41-42
• 2.4.11 葡萄糖脱水反应的机理42-43
• 2.4.12 催化剂的重复使用43-44
• 2.5 本章小结44-45
• 第三章 SO42-/WO_3-γ-Al_2O_3催化剂制备及催化性能研究45-53
• 3.1 实验试剂及仪器45
• 3.1.1 实验药品45
• 3.1.2 实验仪器45
• 3.2 SO_4~(2-)/WO_3-γ-Al_2O_3催化剂的制备45-46
• 3.3 产物分析46
• 3.4 结果与讨论46-52
• 3.4.1 催化剂负载量对反应的影响46-47
• 3.4.2 煅烧温度对反应的影响47-48
• 3.4.3 煅烧时间对反应的影响48-49
• 3.4.4 加热温度对反应的影响49-50
• 3.4.5 葡萄糖浓度对反应的影响50
• 3.4.6 反应时间对反应的影响50-51
• 3.4.7 催化剂的重复使用51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 结论53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-63
• 作者简介63
• 攻读硕士学位期间研究成果63

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本文编号：1024383