生物质衍生物催化脱氧反应及其双功能催化剂研究

发布时间：2022-02-12 10:18

　　不可再生的石化资源作为核心的能量和物质来源在人类社会发展中发挥着不可替代的作用。然而,石化消耗排放的巨量二氧化碳和其他污染物对地球自然环境造成了严重的不可逆损害,威胁人类生存发展。与此同时,无节制的开采和使用致使石化资源快速消耗,逐渐地无法满足人类的需求,严重地影响了全球经济发展。因此,人们开始探寻新型可再生资源替代石化资源,以便摆脱社会发展对石化资源的依赖,为人类提供绿色的能源和物质供应。生物质,作为地球唯一一种可再生碳资源,有着储量巨大、分布广泛、绿色清洁等优势,很好的契合了人类对未来可再生资源的要求。油脂和木质纤维素是生物质资源中具有代表性的两类产品,在人类生活和粮食生产中以废弃物的形式产生。另一方面,上述两类物质由光合作用生成,有助于减少大气二氧化碳含量,具有缓解温室效应,降低环境污染的作用。因此,油脂和木质纤维素类生物质的转化和应用在过去的数十年中,受到了研究者的广泛关注。因油脂和木质纤维素生物质结构及组分复杂,研究者通过化学催化手段将其转化为长链脂肪酸（酯）、5-羟甲基糠醛及木质素酚类等生物质衍生物进行单一化富集纯化,用于下游燃料分子及高附加值化学品的转化。值得注意的是,长... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２．２长链脂肪酸甘油酯碱／酸催化酯交换反应机理??

１．２．１第一代生物柴油的制备??第一代生物柴油的制备主要通过酸或碱性催化剂催化长链脂肪酸甘油三酯??在甲醇体系中经过酯交换反应完成（如图１．３．２所示）［３］。相比于其他生物质原??料提质技术，酯交换技术具有反应速率较快、反应设备简单、催化剂成本低、产??品纯度相对较高和易于大规模推广等有点。然而，由于产物长链脂肪酸酯和甘油??均为高沸点产物，其分离纯化需要消耗较高的成本。另一方面，酯化反应其自身??是可逆反应过程，因此对长链脂肪酸甲酯的制备需要调控其原料和醇溶剂用量比??例，以此实现最优产率和产物纯度［３］。与此同时，由于酯交换反应使用的醇类溶??剂在酸性催化剂存在条件下存在醚化过程，与酯交换反应相互竞争，醚化反应生??成的水分子也可能会直接影响到酸性催化剂活性及产物纯度。??Ｏ?１?Ｏ?十?ＯＨ?〇Ｈ??Ｍｅ－Ｏ?ｒＡ＾Ｏ＾２?Ｒ＾Ｏ＾２?＾?＂?Ｒ，’儿０少２—Ｒｉ？＇、〇，Ｒ２??碱催化?Ｕ?酸催化?Ｍｅ＾６Ｈ?ｊ??〇?＋〇?ＯＨ??Ｒ＾＾ｃｒＲ２?＾?Ｒ＾ｏ＾Ｍｅ?＂?ｆＶ＾ｃｒＲ２??Ｍｅ?Ｍｅ??图１．２．２长链脂肪酸甘油酯碱／酸催化酯交换反应机理??１．２．１．１碱性催化剂催化酯交换??经典的无机碱ＮａＯＨ、Ｃａ（０Ｈ）２和ＫＯＨ等已被作为碱性催化剂用于酯交换??催化过程。事实上

．３?５－羟甲基糠醛的制备及其脱氧转化??糖类化合物由于含有较多的ｃ－ｏ键结构，直接氢解转化需消耗大量的还剂，同时反应难度较大，副产物相对较多。另一方面，多羟基的糖类由于自解性、稳定性等方面的缺陷，难以直接进入催化反应体系进行针对多羟基结催化重整。虽然研宄者已提出利用多种平台分子进行连续催化转化获得特定游燃料及化学品分子，但部分平台分子在制备过程中发生Ｃ－Ｃ键切断，产子碳链减短，使其往往难以满足常规汽油、柴油的燃料性能要求。这就减弱糖类原料自身较长碳链的优势。我们由此认为，在己有的平台分子中，制程未发生Ｃ－Ｃ的５－轻甲基糠醛（ＨＭＦ）在可再生燃料分子的合成中具有较应用潜力。另一方面，通过催化脱水得到的ＨＭＦ保留了和（：６糖分子几乎等活性官能团稳点，这也为ＨＭＦ分子后续的催化转化提供了多种的契机（如３．１所示）。因此，ＨＭＦ作为重要的生物质糖类衍生物之一，其下游的相关转化为研宄者们所广泛探索。关于ＨＭＦ的相关研宄论文由２０００年１０篇左升至２０１６年约２７０篇。本节中，我们将对ＨＭＦ制备和相关选择性脱氧制－二甲基呋喃进行简要的综述。??＇０＾?绿??


本文编号：3621538