以天然多孔材料为载体固体酸的制备以及催化产糠醛的研究

发布时间：2020-05-10 10:21

【摘要】：糠醛作为一种重要的生物基化学品,具有广阔的应用前景,但目前以均相酸为催化剂的工业生产存在很多局限,如成本高、环境污染等。而现有的非均相固体酸催化剂多存在制备过程复杂,催化剂活性不高、选择性和稳定性不好等问题。本课题旨在寻找一种具有高稳定性、高催化性能,且制备成本较低的固体酸催化剂,提高糠醛产率的同时降低生产成本。本课题共合成3种固体酸催化剂,并分别研究了它们的催化性能。具体内容如下:以硅藻土为载体的固体酸:通过在其表面接枝SnO2增强L酸含量,磺化提高B酸含量,并通过XRD、EDS、Py-IR以及NH3-TPD表征证明固体酸的酸含量增加。通过水相和有机相反应的对比,发现双相体系的糠醛产率要比单相高出38.81%,在NaCl溶液-甲苯的双相体系,180℃,3h时达到最优糠醛产率80.97%,木聚糖在同等条件下糠醛产率也达到84.39%。实验发现固体酸煅烧复性优于乙醇冲洗法,固体酸在重复利用5次之后糠醛产率仍然能够达到74.53%。碳杂化硅藻土固体酸:对负载SnO2的硅藻土进行碳杂化和磺化处理,使其表面负载一层多孔碳和磺酸根。催化研究发现碳杂化固体酸在水相中反应更具优势,且在180℃,5h时,糠醛产率达到66.24%。碳杂化固体酸采用乙醇冲洗法复性,重复利用3次时糠醛产率为52.68%,降低了 13.56%,说明催化剂复性方法有待改进。实验过程中发现硅烷化改性硅藻土的糠醛产率为32.81%,说明疏水作用太强并不利于固体酸的催化反应。磁性花粉固体酸:以花粉为载体通过不同的磁化和磺化处理方法合成多种磁性花粉固体酸。研究发现,羟乙基磺酸作为磺化剂时可减少固体酸磁性损失,同时Fe离子含量过多时极易使糠醛转化为其他副产物。
【图文】：

表面构造,硅藻土,固体酸

＋＼邋ｃｈ0ｈ邋逦逦邋ＩＩ邋ｊ＾ｃｌｌ０逡逑、ＣＨＯ逡逑图１－３木糖脱水环化机理逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｘｙｌｏｓｅ邋ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ邋ｃｙｃｌｉｚａｔｉｏｎ逡逑１．３固体酸逡逑酸碱概念由ＲｏｂｅｒｔＢｏｙｌｅ提出，，并引起普遍共识，随着工业以及科技的发展，该逡逑理论得到完善。对于均相中的酸碱有多种定义，普遍认同且重要的有：酸碱电离、酸逡逑碱质子与酸碱电子理论。固体表面酸－碱化学最重要的是ＢｒＯｎｓｔｅｄ和Ｌｅｗｉｓ定义。当逡逑一个表面位具有给予质子的能力被称作ＢｒＯｎｓｔｅｄ酸，当一个表面位具有接受电子对的逡逑能力被称为Ｌｅｗｉｓ酸，具有这两个酸性位点的固体被称为固体酸。逡逑固体酸催化能力来源于其表面的催化活性中心，即酸性位点（ＢｒＯｎｓｔｅｄ酸和Ｌｅｗｉｓ逡逑酸）。固体酸的Ｂｒ０ｎｓｔｅｄ酸和Ｌｅｗｉｓ酸的酸性位点决定固体酸的催化能力，即因为两逡逑者活化方式不同，使得不同的固体酸在催化同一反应物时表现出不同的选择性，所以逡逑得到不同的产物。除酸中心

固体酸,合成过程

图２－１邋ＤＥＳｎＳ０３Ｈ固体酸合成过程逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｏｌｉｄ邋ａｃｉｄ邋ＤＥＳ１１ＳＯ３Ｈ逡逑藻土固体酸催化剂的表征逡逑扫描电子显微镜逡逑实验利用ＨＩＴＡＣＨＩ邋Ｓ４７００扫描电子显微镜对ＤＥ、ＤＥＳｎ、ＤＥＳｎＳ０３Ｈ的形了观察。样品经干燥处理，在有导电胶的样品台上制样，为清晰观察每个酸的形貌结构，样品只需制取薄薄一层，经喷金处理后，在真空状态下进。逡逑ＸＲＤ邋分析逡逑验过程中采用ＥＳＣＡＬＡＢ邋２５０型Ｘ射线衍射仪表征产品的晶体结构，扫描０。，速度邋５７ｍｉｎ。逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TQ251.11

【参考文献】