己糖脱水制备5-HMF的固体酸催化剂研究

发布时间：2020-10-01 16:21

　　 生物质是一种廉价易得且可以代替石化资源的可再生资源,因此,将生物质原料转化为可供人类生存发展的能源和化学品是近十年来研究的热点问题。5-羟甲基糠醛是一种可由生物质转化而来的重要平台化合物,它能转化为多种高附加值化合物,并应用在能源、塑料、西药、精细化工等领域。本论文为从生物质衍生的葡萄糖、果糖转化为5-羟甲基糠醛(5-HMF)设计制备新型固体酸催化剂,拓展5-HMF合成的绿色催化体系。本论文以炭磺酸为载体,通过浸渍法制备了金属氯化物负载型炭磺酸 CBSA-CuCl2、CBSA-AlCl3、CBSA-ZnCl2、CBSA-FeCl3,该系列固体酸催化剂同时具有L酸和B酸中心。其中CBSA-CuCl2催化果糖脱水制备5-HMF的催化活性最好,在反应温度180 ℃,反应时间30 min,果糖用量0.5 g,溶剂1-甲基-2吡咯烷酮10 mL,催化剂用量0.1g 时 5-HMF 产率达到 91.30%。论文接着研究了竹炭载体负载双金属氯化物系列固体酸催化剂在葡萄糖脱水制备5-HMF中的催化活性。结果表明,在反应温度180 ℃,反应时间90min,催化剂用量0.1 g,水与甲基吡咯烷酮的摩尔比为1:19时,BC-NiCl2-ZnCl2的催化活性最好,且5-HMF产率达到 40.80%。最后,以氧化铝和竹炭磺酸为葡萄糖脱水制备5-HMF的催化剂,研究了两者的共同催化作用。结果表明,共同催化活性比使用单一催化剂的活性高。在反应过程中,氧化铝是葡萄糖异构为果糖的良好催化剂,竹炭磺酸是催化果糖脱水的良好催化剂。在两者同时存在的反应体系中,异构的果糖能及时被竹炭磺酸催化转化为目标产物5-HMF,从而提高反应转化率和选择性。在反应温度180℃,反应时间2h,5-HMF产率达到52.52%。
【学位单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O643.36
【部分图文】：

一个羟甲基，其化学性质很活泼，可以通过加氢、氧化脱氢、酯化、卤化、聚合、逡逑水解以及其他化学反应，合成众多有用化合物和新型高分子材料，被认为是一种逡逑极其重要的平台化合物Ａ图１－１列出了５－ＨＭＦ转化得到的增值产物。逡逑１逡逑

逡逑准曲线。如图２－１所示，得到５－ＨＭＦ峰面积和浓度的关系为逡逑ｙ－１４９．２２１＊Ｃ＋３３０．２０５，邋Ｒ＝０．９９９０７0逡逑１８０００邋逦逡逑Ｅｇｕｔｗｎ邋？？？？＞？？逦\l逡逑１６０００邋－逦ＷｅＷ＾ｉｉ邋—逦＾逡逑Ｒｗ？９ｕａ＜邋１２Ｓ８０Ｓ７９逦＾逡逑Ｓｕｍｅｆ逦４６？逡逑１４０００邋－逦＊？．＇邋Ｒ＾Ｊｕ邋０Ｗ９０７．逡逑ＶａＫＭ邋ＳＵ￣Ｕｔｄ邋Ｅ＞逦ｙｆ逡逑Ｂ邋＿ｆｎｊｗｉ．ｐｌ邋＾邋３３０邋２０５邋１３７邋９Ｍ３Ｓ逦ｊＴ逡逑１２０００邋－邋ｇ逦！８ｌ８ｐ＞逦１４８邋２２１逦２０３７４逡逑１００００邋－逦ｙ＊逡逑＜邋８０００邋－逡逑６０００邋－逦Ｚ逡逑４０００邋－逡逑２０００邋－邋＾逡逑0邋逦逦逦１逦逦逦１逦逦逦１逦逦逦１逦逦逦１逦逦逦逡逑０逦２０逦４０逦６０逦８０逦１００逦１２０逡逑ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ／（ｍｇ／ｌ）逡逑图２－１邋５－ＨＭＦ的标准曲线逡逑Ｆｉｇ２－１．邋Ｔｈｅ邋Ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋５－ＨＭＦ逡逑５－ＨＭＦ产率产率的计算方法公式：逡逑５－ＨＭＦ产率（ｍｏｌ％）邋＝５－ＨＭＦ产量（ｍｏｌ）邋／葡萄糖初始投量（ｍｏｌ）邋＊１００％逡逑２．３结果与讨论逡逑２．３．１催化剂的表征结果逡逑２．３．１．１邋ＦＴ－ＩＲ邋结果逡逑红外光谱可以判断样品中有哪些官能团

逦ｔ／ｍｉｎ逡逑图４－５催化剂用量对５－ＨＭＦ产率的影响逦图４－６时间对５－ＨＭＦ产率的影响逡逑Ｆｉｇ邋４－５邋Ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｃａｔａｌｙｓｔ邋ｄｏｓａｇｅ邋ｏｎ逦Ｆｉｇ邋４－６邋Ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｔｉｍｅ邋ｏｎ逡逑ｇｌｕｃｏｓｅ邋ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｉｎｔｏ邋５－ＨＭＦ逦ｇｌｕｃｏｓｅ邋ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｉｎｔｏ邋５－ＨＭＦ逡逑８邋逦１邋１２邋｜逦１逡逑ｓ邋［７］邋Ｏ邋，逡逑ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／＾逦ｓｏｌｖｅｎｔｓ逡逑图４－７温度对５－ＨＭＦ产率的影响逦图４－８溶剂对５－ＨＭＦ产率的影响逡逑Ｆｉｇ邋４－７邋Ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逦Ｆｉｇ４－８邋Ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｓｏｌｖｅｎｔｓ邋ｏｎ逡逑ｏｎ邋ｇｌｕｃｏｓｅ邋ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｉｎｔｏ邋５－ＨＭＦ逦ｇｌｕｃｏｓｅ邋ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｉｎｔｏ邋５－ＨＭＦ逡逑４．３．３邋Ａ１２０３与竹炭横酸共同催化葡萄糖脱水制备５－ＨＭＦ白勺结果逡逑４．３．３．１氧化铝催化葡萄糖脱水制备５－ＨＭＦ逡逑氧化铝上同时存在Ｌ酸碱活性位点，可促进葡萄糖异构为果糖，进而脱水逡逑为５－ＨＭＦ。所以首先考虑了邋NB２０３单独催化本反应的活性。图４－９为在其他条件逡逑不变的前提下选用５５０°Ｃ活化２ｈ的氧化铝作为催化剂。氧化铝用量为０．０３邋ｇ、０．０５逡逑ｇ、０．１邋ｇ、０．１５邋ｇ、０．２邋ｇ、０．２５邋ｇ时，５－ＨＭＦ产率的变化情况。催化剂的量从０．０３逡逑ｇ增大到０．０５邋ｇ

【参考文献】

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本文编号：2831686