功能化离子液体的制备及其催化糖类转化为5-羟甲基糠醛

发布时间：2017-08-31 17:45

  本文关键词：功能化离子液体的制备及其催化糖类转化为5-羟甲基糠醛

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【摘要】：随着化石资源的日益消耗,从可再生的生物质资源尤其是纤维素类生物质出发制备新型平台小分子引起越来越广泛的关注。5-羟甲基糠醛(5-HMF)作为一种重要的平台小分子,可从果糖、葡萄糖、纤维素等生物质转化得到。本论文制备了一系列功能化离子液体,并开展了其催化糖类转化为5-HMF研究。(1)以硝酸镧(硝酸铈、硝酸铝、硝酸铬)与1-甲基咪唑氯乙酸盐和异丙醇铝、正丙醇锆、异丙醇钛分别共同反应制备催化剂;进行FT-IR、TGA、NH3-TPD、SEM、TEM、XRD表征并用于催化糖类转化为5-HMF研究;探索了温度、时间、催化剂用量、溶剂种类、底物浓度等因素对催化效果的影响,以及催化剂的重复使用性。结果显示,催化果糖转化的最佳条件:果糖50 mg,催化剂Cr-IL-Ti 10mg,溶剂DMSO 1.0 g,140oC下反应2 h,5-HMF的产率达30.4%,催化剂可以重复使用5次。催化葡萄糖转化的最佳条件:葡萄糖50 mg,催化剂La-IL-Al20 mg,溶剂DMSO 1.0 g,140oC下反应3 h,5-HMF的产率达23.3%,催化剂可以重复使用4次。催化纤维素转化的最佳条件:纤维素50 mg,催化剂La-IL-Al30 mg,[BMIM]Cl 0.8 g,DMSO 0.2 g,160oC下反应6 h,5-HMF的产率为11.2%。(2)制备氨基酸离子液体催化剂L-AlaCl、L-ValCl、L-GluCl和L-GlyCl,进行熔点测定、1H NMR、13C NMR、FT-IR表征并用于催化糖类转化为5-HMF研究;考察影响反应的各种因素并研究了催化剂的重复使用性。结果表明,催化果糖转化的最佳条件:果糖50 mg,催化剂L-GluCl 15 mg,DMSO 1.0 g,120oC下反应15 min,5-HMF的产率达83.7%。催化剂可重复使用4次。(3)为了提高葡萄糖转化制备5-HMF的产率,在氨基酸离子液体催化体系中引入路易斯酸,考察各因素对葡萄糖转化的影响。结果表明,催化葡萄糖转化的最佳条件:葡萄糖50 mg,催化剂GluCl+SnCl4(30 wt.%)15 mg,DMSO/[BMIM]Cl(w/w=8:2)1.0 g,120oC下反应5 h,5-HMF的产率达44.5%。
【关键词】：生物质 果糖 葡萄糖 纤维素 5-羟甲基糠醛 离子液体
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O645.1;O621.251
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 文献综述8-21
• 1.1 生物质简介8-9
• 1.2 纤维素简介9-10
• 1.2.1 纤维素的结构9-10
• 1.2.2 纤维素的水解10
• 1.3 5-羟甲基糠醛(5-HMF)的重要性10-11
• 1.4 单糖脱水转化为 5-HMF的可能机理11-12
• 1.5 单糖分解制备 5-HMF的路线12-13
• 1.6 国内外对糖类转化为 5-HMF的研究现状13-21
• 1.6.1 均相酸催化糖类转化13-15
• 1.6.2 异相酸催化糖类转化15-21
• 1.6.2.1 金属氧化物15-17
• 1.6.2.2 酸性树脂17-18
• 1.6.2.3 改性离子液体固体酸18-21
• 第二章 论文设计思路21-24
• 2.1 本论文的选题目的及意义21
• 2.2 本论文的设计思路及路线21-24
• 2.2.1 金属氧化物改性离子液体的制备及催化糖类转化为 5-HMF21-22
• 2.2.2 氨基酸离子液体的制备及催化糖类转化为 5-HMF22-23
• 2.2.3 路易斯酸引入对氨基酸离子液体催化体系，对催化糖类转化为5-HMF的影响23-24
• 第三章 金属氧化物改性离子液体催化糖类转化为 5-HMF24-61
• 3.1 引言24
• 3.2 实验部分24-30
• 3.2.1 主要试剂及仪器24-26
• 3.2.2 催化剂的制备方法26-27
• 3.2.3 5-HMF检测方法的建立27-29
• 3.2.4 还原性糖(The Reducing Sugar)检测方法的建立29-30
• 3.3 催化剂的表征及分析30-34
• 3.3.1 傅里叶红外(FT-IR)表征分析30-31
• 3.3.2 X-射线粉末衍射(XRD)表征分析31-32
• 3.3.3 热重(TG)表征分析32
• 3.3.4 扫描电子显微镜(SEM)表征分析32-33
• 3.3.5 透射电子显微镜(TEM)表征分析33-34
• 3.3.6 程序升温脱附(NH3-TPD)表征分析34
• 3.4 催化糖类转化为 5-HMF34-59
• 3.4.1 催化果糖转化34-45
• 3.4.1.1 反应时间、温度对La-IL-Al的催化效果的影响35-37
• 3.4.1.2 催化剂用量对La-IL-Al的催化效果的影响37
• 3.4.1.3 不同催化剂对果糖转化为 5-HMF的影响37-38
• 3.4.1.4 反应时间对Cr-IL-Ti催化效果的影响38-39
• 3.4.1.5 反应温度对Cr-IL-Ti催化效果的影响39-40
• 3.4.1.6 催化剂用量对Cr-IL-Ti催化效果的影响40-41
• 3.4.1.7 不同溶剂对Cr-IL-Ti催化效果的影响41-42
• 3.4.1.8 溶剂的量对Cr-IL-Ti催化效果的影响42-43
• 3.4.1.9 催化剂Cr-IL-Ti的重复使用性43-45
• 3.4.1.10 小结45
• 3.4.2 催化葡萄糖转化为 5-HMF45-53
• 3.4.2.1 反应时间对12种催化剂的催化效果影响45-46
• 3.4.2.2 温度对催化效果的影响46-47
• 3.4.2.3 不同时间、温度对La-IL-Al催化效果的影响47-48
• 3.4.2.4 催化剂用量对La-IL-Al催化效果的影响48-49
• 3.4.2.5 溶剂种类对La-IL-Al催化效果的影响49-50
• 3.4.2.6 溶剂的量对La-IL-Al催化效果的影响50-51
• 3.4.2.7 催化剂La-IL-Al的重复使用性研究51-52
• 3.4.2.8 小结52-53
• 3.4.3 La-IL-Al催化纤维素转化为 5-HMF53-59
• 3.4.3.1 反应温度对催化效果的影响53-54
• 3.4.3.2 反应时间对催化效果的影响54-55
• 3.4.3.3 催化剂用量对催化效果的影响55-56
• 3.4.3.4 溶剂种类对催化效果的影响56-57
• 3.4.3.5 DMSO的量对催化效果的影响57-58
• 3.4.3.6 加入水的量对催化效果的影响58-59
• 3.4.3.7 小结59
• 3.5 本章小结59-61
• 第四章 氨基酸离子液体催化糖类转化为 5-HMF61-71
• 4.1 引言61
• 4.2 实验部分61-63
• 4.2.1 主要试剂及仪器61-62
• 4.2.2 催化剂的制备方法62
• 4.2.3 催化剂的表征及分析62-63
• 4.3 催化糖类转化为 5-HMF63-70
• 4.3.1 催化果糖转化63-68
• 4.3.1.1 反应温度和时间对四种催化剂催化效果的影响63-64
• 4.3.1.2 催化剂用量对L-GluCl催化效果的影响64-65
• 4.3.1.3 溶剂种类对L-GluCl催化效果的影响65-66
• 4.3.1.4 溶剂的量对L-GluCl催化效果的影响66-67
• 4.3.1.5 催化剂重复使用性研究67-68
• 4.3.1.6 小结68
• 4.3.2 不同催化剂对果糖转化的对比68-69
• 4.3.3 催化不同底物转化69-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 氨基酸离子液体催化体系中引入路易斯酸催化糖类转化为 5-HMF71-80
• 5.1 引言71
• 5.2 实验部分71-79
• 5.2.1 主要试剂及仪器71-72
• 5.2.2 催化体系中引入路易斯酸72-79
• 5.2.2.1 筛选效果好的路易斯酸72-73
• 5.2.2.2 反应体系对催化效果的影响73-74
• 5.2.2.3 氯化锡加入量对催化效果的影响74-75
• 5.2.2.4 反应时间对催化效果的影响75-76
• 5.2.2.5 反应温度对催化效果的影响76-77
• 5.2.2.6 催化剂用量对催化效果的影响77-78
• 5.2.2.7 溶剂的量对催化效果的影响78-79
• 5.3 本章小结79-80
• 第六章 结论80-82
• 6.1 主要结论80
• 6.2 主要创新点80-81
• 6.3 工作存在的不足及展望81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-90
• 附录90-91

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本文编号：767014