5-羟甲基糠醛催化加氢制备2,5-二甲基呋喃的研究
发布时间：2021-08-28 04:44
5-羟甲基糠醛（5-HMF）被认为是一种重要的生物质基平台化合物,可通过催化途径制备出不同的高附加值化学品和液体生物燃料油,这是生物质催化转化领域研究的重点。研究发现,2,5-二甲基呋喃（DMF）是一种高品质的新型液体燃料油,具有较高的能量密度和辛烷值,同时也是一种重要的化工中间体,通过Diels-Alder反应可以和乙烯作用生成具有重要工业应用价值的对二甲苯。以生物质基5-HMF为原料制备DMF是国内外研究的热点,其核心是高效催化体系的构建。过渡金属催化剂的应用前景非常广阔,但在HMF加氢反应中,如何利用非贵金属催化剂获得较高的DMF选择性是亟待解决的科学性问题。因此,本文选用了以非贵金属钴为活性组分的一系列催化剂来提高DMF的选择性。第一部分工作基于金属离子和深度脱铝全硅Beta分子筛中羟基巢相互作用的原理,通过简单的浸渍-还原的方法制备了Co/Beta-DA催化剂。发现Co的颗粒尺寸、含量和落位、分子筛的晶体类型和孔道结构与5-HMF选择性加氢性能紧密相关。并且优化了反应的工艺条件,探究了反应的催化作用机制。在最优的反应条件（温度、压力、时间等）和制备条件下,HMF转为率为100...
【文章来源】：烟台大学山东省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高附加值5-HMF衍生物图
1绪论6然而，上述合金类催化剂所需反应温度均超过200oC，为了进一步降低反应温度，他们继续探究了Pt3Co2/C催化剂，发现当反应温度降低至160oC时，DMF产率依然保持在98%。该研究表明金属Co与Pt之间形成的合金催化剂加氢效果要高于其他非贵金属，二者之间具有良好的协同作用[36]。同时Wang等人[30]利用碳纳米空心球包裹的PtCo双金属(PtCo@HCS)催化剂，使DMF产率在2小时内、1.0MPa的氢气压力下达到98%，而较高的DMF产率可能是由于PtCo双金属合金催化剂对C=O和C-O键的吸附性要强于C=C双键导致的。大量的工作都证明金属钴是一种良好的助催化剂，可以显著提升Pt金属在HMF加氢反应中的效果。图1-3PtCo@HCS催化剂合成路线图[30]Fig.1-3SchemeforthesynthesisofPtCo@HCS[30]1.4.2钌基催化剂与Pt金属类似，Ru基催化剂在各种加氢反应中也有广泛的应用。近年来，国内外课题组对于Ru基催化剂在HMF加氢反应的表现性能也做了大量的研究。Lucas等人[37]利用具有碱性的K离子交换的八面体分子筛作为载体(K-OMS-2)，该催化剂Ru/K-OMS-2在正丁醇作为溶剂的前提下，氢气压力1.0MPa，反应温度220oC，可使HMF转化率到达85%，DMF产率约为33%。Nagpure等人[38]首次报道了Ru掺
烟台大学硕士学位论文7杂的水滑石结构催化剂(Ru-dopedhydrotalcite)，在合适的反应条件下(1.0MPa,220oC,4h)，HMF转化率100%，DMF产率58%。为了进一步提升DMF的选择性，Nagpure[39]选用NaY型分子筛作为载体，Ru作为活性组分，四氢呋喃作为反应溶剂，反应条件(1.5MPa,220oC,1h)，将DMF选择性从58%提升至了78%。随着研究的不断深入化，发现碳材料对Ru基催化剂来说也是一种很好的载体材料。Jae等人[40]使用Ru/C催化剂可获得81.0%的DMF产率，Priecel等人[41]将Ru负载在碳纳米管上，可以得到83.5%的DMF产率。而国内课题组Hu等人[29]利用商业购买的载体碳材料，成功制备出Ru/C催化剂，200oC的反应条件下，反应2小时可以使HMF完全转化，DMF产率达到94.7%。碳类载体与Ru的结合，充分利用了其导电性，增加了Ru基催化剂的电荷密度，进而影响了HMF的加氢效果。Gao等人[42]开发出了Ru和非贵金属及其氧化物的复合催化剂(RuCo/CoOx),1,4-dioxane作为反应溶剂，在反应温度200oC的条件下，HMF转化率100%，DMF产率96.5%。通过催化剂表征分析，证明了催化剂中的Co2+有利于HMF中的C=O双键的活化，从而促进了反应的进行，Ru与Co纳米颗粒之间的协同作用也起到了很重要的作用。综上所述，Ru基催化剂具有较宽的d带宽度，对HMF加氢制备DMF十分有利，但是Ru作为贵金属同样具有较强的加氢活性，造成DMF的过度加氢现象发生，需要利用一定的助催化剂来进一步提升DMF的选择性。图1-4RuCo/CoOx催化剂合成路线图[42]Fig.1-4SchemeforthesynthesisofRuCo/CoOx[42]
本文编号：3367817
【文章来源】：烟台大学山东省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高附加值5-HMF衍生物图
1绪论6然而，上述合金类催化剂所需反应温度均超过200oC，为了进一步降低反应温度，他们继续探究了Pt3Co2/C催化剂，发现当反应温度降低至160oC时，DMF产率依然保持在98%。该研究表明金属Co与Pt之间形成的合金催化剂加氢效果要高于其他非贵金属，二者之间具有良好的协同作用[36]。同时Wang等人[30]利用碳纳米空心球包裹的PtCo双金属(PtCo@HCS)催化剂，使DMF产率在2小时内、1.0MPa的氢气压力下达到98%，而较高的DMF产率可能是由于PtCo双金属合金催化剂对C=O和C-O键的吸附性要强于C=C双键导致的。大量的工作都证明金属钴是一种良好的助催化剂，可以显著提升Pt金属在HMF加氢反应中的效果。图1-3PtCo@HCS催化剂合成路线图[30]Fig.1-3SchemeforthesynthesisofPtCo@HCS[30]1.4.2钌基催化剂与Pt金属类似，Ru基催化剂在各种加氢反应中也有广泛的应用。近年来，国内外课题组对于Ru基催化剂在HMF加氢反应的表现性能也做了大量的研究。Lucas等人[37]利用具有碱性的K离子交换的八面体分子筛作为载体(K-OMS-2)，该催化剂Ru/K-OMS-2在正丁醇作为溶剂的前提下，氢气压力1.0MPa，反应温度220oC，可使HMF转化率到达85%，DMF产率约为33%。Nagpure等人[38]首次报道了Ru掺
烟台大学硕士学位论文7杂的水滑石结构催化剂(Ru-dopedhydrotalcite)，在合适的反应条件下(1.0MPa,220oC,4h)，HMF转化率100%，DMF产率58%。为了进一步提升DMF的选择性，Nagpure[39]选用NaY型分子筛作为载体，Ru作为活性组分，四氢呋喃作为反应溶剂，反应条件(1.5MPa,220oC,1h)，将DMF选择性从58%提升至了78%。随着研究的不断深入化，发现碳材料对Ru基催化剂来说也是一种很好的载体材料。Jae等人[40]使用Ru/C催化剂可获得81.0%的DMF产率，Priecel等人[41]将Ru负载在碳纳米管上，可以得到83.5%的DMF产率。而国内课题组Hu等人[29]利用商业购买的载体碳材料，成功制备出Ru/C催化剂，200oC的反应条件下，反应2小时可以使HMF完全转化，DMF产率达到94.7%。碳类载体与Ru的结合，充分利用了其导电性，增加了Ru基催化剂的电荷密度，进而影响了HMF的加氢效果。Gao等人[42]开发出了Ru和非贵金属及其氧化物的复合催化剂(RuCo/CoOx),1,4-dioxane作为反应溶剂，在反应温度200oC的条件下，HMF转化率100%，DMF产率96.5%。通过催化剂表征分析，证明了催化剂中的Co2+有利于HMF中的C=O双键的活化，从而促进了反应的进行，Ru与Co纳米颗粒之间的协同作用也起到了很重要的作用。综上所述，Ru基催化剂具有较宽的d带宽度，对HMF加氢制备DMF十分有利，但是Ru作为贵金属同样具有较强的加氢活性，造成DMF的过度加氢现象发生，需要利用一定的助催化剂来进一步提升DMF的选择性。图1-4RuCo/CoOx催化剂合成路线图[42]Fig.1-4SchemeforthesynthesisofRuCo/CoOx[42]
本文编号：3367817
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3367817.html
教材专著
