纤维素催化转化制备C5/C6烷烃燃料的反应与催化体系的研究进展
发布时间：2021-01-15 06:19
介绍了近年来纤维素催化转化制取C5/C6烷烃的反应和催化体系的研究进展,主要论述了纤维素通过水解-加氢脱氧的一锅法过程和纤维素经C6平台化合物的加氢脱氧过程,对天然木质纤维原料、纤维素、葡萄糖及山梨醇转化为烷烃的反应路径及相应的催化剂进行了总结。反应路径主要有山梨醇、异山梨醇、HMF和己内酯反应路径,催化剂主要为金属-酸多功能催化剂,酸催化剂包括金属氧化物、分子筛、杂多酸、离子液态酸性溶剂及无机酸等;金属催化剂主要有Pd、Pt、Ru、Ir、Ni等。其中金属Ru在酸性水热环境中具有良好的催化活性,研究最为广泛。通过分析各种反应途径及相应的催化剂,提出了该研究领域面临的主要问题,并从技术角度对未来应用前景进行了展望。
【文章来源】：林产化学与工业. 2017,37(02)北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
水相中纤维素的反应途径Fig．1Pathwaysforcellulosetransformationinaqueousmedium
第2期陈伦刚，等:纤维素催化转化制备C5/C6烷烃燃料的反应与催化体系的研究进展25APHDO［40］。发现ZrO2与WOx的强相互作用并不能产生较强的酸性位，相反TiO2与WOx的作用不强却产生了较强的酸性位。通常在水相中酸催化的活性主要依赖于强酸性位，C5、C6烷烃的产率主要依赖于固体酸的酸性，所以TiO2-WOx催化剂的加入使得C5、C6烷烃的产率较高。图2山梨醇加氢脱氧的主要反应路径［38］Fig．2Majorreactionpathwaysofsorbitolhydrodeoxygenation［38］Vilcocq等［41］还研究了TiO2-WOx固体酸混合不同的加氢催化剂M/ZrO2(M为Pt、Ir、Pd)来考察它们对山梨醇APHDO的影响。ZrO2被选作水相催化反应中的催化剂载体，因为ZrO2是一种具有良好水热稳定性的金属氧化物，ZrO2负载金属催化剂的稳定性一般要高于SiO2-Al2O3负载催化剂，但是ZrO2的表面酸性较弱不具有较强的脱水活性。对于金属活性位，Pd和Ir金属对C5和C6烷烃的选择性较高，对反应底物具有较低的C—C键断裂活性，但由于山梨醇APHDO的转化频率(TOF)低而导致C5、C6烃的产率非常低，这与有关多元醇的研究结果相符合［42－43］。当Pt/ZrO2与酸催化剂TiO2-WOx按质量比20∶80混合时，催化性能具有较高的C6烃选择性和较高的反应活性，但是烃类化合物的产率仍然受到酮类和含氧杂环化合物加氢反应的影响。Cabiac团队还以反应过程中检测到的C6中间产物来分析山梨醇的APHDO反应历程［44］。C6中间产物分别为单氧化合物1-己醇、2-己醇、2，5-二甲基四氢呋喃以及2-己酮;还包括双氧中间产物1，2-己二醇和三氧化合物1，2，6-己三醇。研究指出，二级醇的脱水-加氢反应较易进行，?
6烷烃的产率可达60%［51］。图3表明山梨醇加氢脱氧过程涉及脱水反应、氢解和C—C键裂解反应。其中异山梨醇是主要的脱水产物，也是重要的反应中间物，它会进一步经历开环和后续的氢解反应形成己烷。研究发现Pt/NbOPO4山梨糖醇脱水和异山梨醇氢解的活化能分别为72.7和147.6kJ/mol，要比Pt/ZrP和Pt/H-β催化剂低得多，这可能与NbOPO4载体上具有较多的强酸位作用及NbOX对环氧C—O键断裂的促进作用有关。研究指出，异山梨醇氢解是决定整个反应过程速率的关键步骤，降低异山梨醇的活化能是提高反应活性的关键［51］。图3Pt/NbOPO4催化山梨醇氢解为己烷的反应路径［51］Fig．3ThereactionpathwayofsorbitolhydrogenolysisintohexaneoverPt/NbOPO4［51］1.3葡萄糖低聚物、(脱氧)葡萄糖转化为液态小分子烃山梨醇可以从葡萄糖或葡萄糖的聚合物(纤维二糖、纤维素以及淀粉等)转化而来。因此研究纤维
【参考文献】：
期刊论文
[1]Glucose production from hydrolysis of cellulose over a novel silica catalyst under hydrothermal conditions[J]. Huayu Wang, Changbin Zhang , Hong He , Lian Wang State Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China. Journal of Environmental Sciences. 2012(03)
本文编号：2978398
【文章来源】：林产化学与工业. 2017,37(02)北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
水相中纤维素的反应途径Fig．1Pathwaysforcellulosetransformationinaqueousmedium
第2期陈伦刚，等:纤维素催化转化制备C5/C6烷烃燃料的反应与催化体系的研究进展25APHDO［40］。发现ZrO2与WOx的强相互作用并不能产生较强的酸性位，相反TiO2与WOx的作用不强却产生了较强的酸性位。通常在水相中酸催化的活性主要依赖于强酸性位，C5、C6烷烃的产率主要依赖于固体酸的酸性，所以TiO2-WOx催化剂的加入使得C5、C6烷烃的产率较高。图2山梨醇加氢脱氧的主要反应路径［38］Fig．2Majorreactionpathwaysofsorbitolhydrodeoxygenation［38］Vilcocq等［41］还研究了TiO2-WOx固体酸混合不同的加氢催化剂M/ZrO2(M为Pt、Ir、Pd)来考察它们对山梨醇APHDO的影响。ZrO2被选作水相催化反应中的催化剂载体，因为ZrO2是一种具有良好水热稳定性的金属氧化物，ZrO2负载金属催化剂的稳定性一般要高于SiO2-Al2O3负载催化剂，但是ZrO2的表面酸性较弱不具有较强的脱水活性。对于金属活性位，Pd和Ir金属对C5和C6烷烃的选择性较高，对反应底物具有较低的C—C键断裂活性，但由于山梨醇APHDO的转化频率(TOF)低而导致C5、C6烃的产率非常低，这与有关多元醇的研究结果相符合［42－43］。当Pt/ZrO2与酸催化剂TiO2-WOx按质量比20∶80混合时，催化性能具有较高的C6烃选择性和较高的反应活性，但是烃类化合物的产率仍然受到酮类和含氧杂环化合物加氢反应的影响。Cabiac团队还以反应过程中检测到的C6中间产物来分析山梨醇的APHDO反应历程［44］。C6中间产物分别为单氧化合物1-己醇、2-己醇、2，5-二甲基四氢呋喃以及2-己酮;还包括双氧中间产物1，2-己二醇和三氧化合物1，2，6-己三醇。研究指出，二级醇的脱水-加氢反应较易进行，?
6烷烃的产率可达60%［51］。图3表明山梨醇加氢脱氧过程涉及脱水反应、氢解和C—C键裂解反应。其中异山梨醇是主要的脱水产物，也是重要的反应中间物，它会进一步经历开环和后续的氢解反应形成己烷。研究发现Pt/NbOPO4山梨糖醇脱水和异山梨醇氢解的活化能分别为72.7和147.6kJ/mol，要比Pt/ZrP和Pt/H-β催化剂低得多，这可能与NbOPO4载体上具有较多的强酸位作用及NbOX对环氧C—O键断裂的促进作用有关。研究指出，异山梨醇氢解是决定整个反应过程速率的关键步骤，降低异山梨醇的活化能是提高反应活性的关键［51］。图3Pt/NbOPO4催化山梨醇氢解为己烷的反应路径［51］Fig．3ThereactionpathwayofsorbitolhydrogenolysisintohexaneoverPt/NbOPO4［51］1.3葡萄糖低聚物、(脱氧)葡萄糖转化为液态小分子烃山梨醇可以从葡萄糖或葡萄糖的聚合物(纤维二糖、纤维素以及淀粉等)转化而来。因此研究纤维
【参考文献】：
期刊论文
[1]Glucose production from hydrolysis of cellulose over a novel silica catalyst under hydrothermal conditions[J]. Huayu Wang, Changbin Zhang , Hong He , Lian Wang State Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China. Journal of Environmental Sciences. 2012(03)
本文编号：2978398
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