基于多酸的固体酸催化剂在生物能源方面的应用

发布时间：2017-09-21 09:47

  本文关键词：基于多酸的固体酸催化剂在生物能源方面的应用

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【摘要】：随着传统石化能源的消耗日益增加,可再生能源的发展逐渐成为了21世纪最重要的问题之一。伴随着化石燃料的快速消耗相应的环境问题日益严重,例如二氧化碳过度排放引起的全球变暖问题,汽车尾气的排放所引起的雾霾天气等。寻找清洁的可再生能源代替传统的石化能源,已成为全球人类越来越迫切解决的问题。生物能源作为一类可再生能源,因其有着丰富的原料来源越来越受到科学家们的关注。其中生物柴油、5-HMF、纤维素酯类等都是生物能源产品中非常重要的组成部分,它们都可以通过酸催化反应以生物质资源为原料制备而成,而酸催化剂是酸催化反应中不可缺少的部分。因此,酸催化剂和酸催化反应的研究是生物能源研究中-个非常重要的领域。本文基于Keggin型多金属氧酸盐,一方面,围绕聚合物为载体,设计合成了高活性、高选择性的固体酸催化剂,使其代替传统无机酸,从而以生物质资源为原料简便高效的制备出生物柴油、5-HMF等高附加值产品；另一方面,借助多金属氧酸盐的稳定性、环境友好性使其与浓H2SO4混合使用,用于纤维素酯类产品的制备反应,得到了高粘度、高分子量的纤维素酯类产品。采用FT-IR、BET、TG、HRTEM、TPD、NMR等多种手段对产品进行了表征。主要研究成果如下：1.研究了一种基于Keggin型多酸的新型固体酸催化剂的制备,探究对长链脂肪酸的酯化反应和果糖脱水反应的催化活性。此催化剂的制备步骤为：首先,合成一种高比表面积、多活性位点的大孔聚合物；其次,将多酸与其混合反应生成目标催化剂。我们探讨了该催化剂对果糖脱水、月桂酸和甲醇的酯化反应的催化性能,结果表明：两种反应的产率均达98%以上。2.研究了醋酸丙酸纤维素的制备。探究了不同催化剂制备醋酸丙酸纤维素的性能,选择以多酸与浓H2SO4掺杂为其催化剂,分别探究了酯化温度、酯化时间对产品的影响。该催化剂不仅可以得到理想的醋酸丙酸纤维素产品,同时还有不腐蚀反应容器、催化性能稳定等优点。总之,制备了基于Keggin型多酸的新型固体酸催化剂,研究了其在果糖脱水、月桂酸和甲醇酯化反应中的应用及多酸掺杂浓H2SO4在纤维素酯化反应的应用。采用HRTEM、XPS、NMR、BET、TPD、FT-IR等方法对产物进行了表征。结果表明：该催化剂有着很好的工业应用潜能。
【关键词】：聚合物 脱水 酸催化剂 酯化
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TK6
【目录】：

• 学位论文数据集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 课题研究背景16-20
• 1.1.1 生物柴油16-17
• 1.1.2 5-羟甲基糠醛17-19
• 1.1.3 醋酸丙酸纤维素19-20
• 1.2 酸催化20-21
• 1.2.1 酯化反应20-21
• 1.2.2 脱水反应21
• 1.3 酸催化剂21-29
• 1.3.1 无机酸催化剂21-22
• 1.3.2 多金属氧酸盐22-23
• 1.3.3 固体酸催化剂23-29
• 1.3.3.1 以金属氧化物为载体的固体酸催化剂23-25
• 1.3.3.1.1 二氧化锆为载体23-24
• 1.3.3.1.2 二氧化钛为载体24
• 1.3.3.1.3 复合金属氧化物为载体24-25
• 1.3.3.2 以二氧化硅为载体的固体酸催化剂25-26
• 1.3.3.2.1 二氧化硅负载多酸25-26
• 1.3.3.2.2 二氧化硅负载硫酸26
• 1.3.3.3 以碳基材料为载体的固体酸催化剂26-27
• 1.3.3.4 以聚合物为载体的固体酸催化剂27-29
• 1.3.3.4.1 聚苯乙烯为载体27-28
• 1.3.3.4.2 离子交换树脂为载体28-29
• 1.4 论文的研究内容、目的和意义29-32
• 1.4.1 论文选题的目的及意义29-30
• 1.4.2 论文的研究内容30-32
• 第二章 基于KEGGIN型多酸新型固体酸的合成及应用32-56
• 2.1 引言32
• 2.2 实验部分32-36
• 2.2.1 实验药品33
• 2.2.2 实验仪器33-34
• 2.2.3 催化剂的制备34-35
• 2.2.4 催化反应35-36
• 2.2.5 产物的分析及其计算方法36
• 2.3 结果与讨论36-54
• 2.3.1 催化剂表征37-41
• 2.3.1.1 傅里叶-红外37-38
• 2.3.1.2 BET及TPD38
• 2.3.1.3 TG-TDA38-39
• 2.3.1.4 HRTEM39-40
• 2.3.1.5 固体核磁40
• 2.3.1.6 XPS40-41
• 2.3.2 果糖脱水反应41-48
• 2.3.2.1 催化剂质量对果糖脱水反应的影响41-42
• 2.3.2.2 反应温度对对果糖脱水反应的影响42-43
• 2.3.2.3 反应时间对果糖脱水反应的影响43
• 2.3.2.4 不同糖类的脱水反应43-44
• 2.3.2.5 不同催化剂对果糖脱水反应的影响44-45
• 2.3.2.6 果糖脱水反应动力学的研究45
• 2.3.2.7 果糖脱水反应过程中的核磁检测45-46
• 2.3.2.8 固体酸催化剂的回收利用46-47
• 2.3.3.9 多相催化剂(compound 3和compound 4)的证明47-48
• 2.3.3 月桂酸酯化反应48-54
• 2.3.3.1 催化剂量对月桂酸酯化反应的影响48-49
• 2.3.3.2 反应温度对月桂酸酯化反应的影响49
• 2.3.3.3 反应时间对月桂酸酯化反应的影响49-50
• 2.3.3.4 酸醇比对月桂酸酯化反应的影响50-51
• 2.3.3.5 其余长链脂肪酸的酯化反应51-52
• 2.3.3.6 不同催化剂对月桂酸酯化反应的影响52
• 2.3.3.7 月桂酸酯化反应的动力学研究52-53
• 2.3.3.8 月桂酸酯化反应的回收利用和扩大实验53-54
• 2.4 本章小结54-56
• 第三章 醋酸丙酸纤维素的制备56-70
• 3.1 引言56-57
• 3.2 实验部分57-60
• 3.2.1 实验药品57
• 3.2.2 实验仪器57-58
• 3.2.3 催化剂的制备58-59
• 3.2.4 催化反应59-60
• 3.2.5 产物的分析及其计算方法60
• 3.3 结果与讨论60-69
• 3.3.1 催化剂表征60-62
• 3.3.1.1 傅里叶-红外60-61
• 3.3.1.2 BET61-62
• 3.3.1.3 元素分析62
• 3.3.2 醋酸丙酸纤维素的合成62-69
• 3.3.2.1 不同催化剂对醋酸丙酸纤维素合成的影响62-64
• 3.3.2.2 反应温度对醋酸丙酸纤维素合成的影响64-65
• 3.3.2.3 反应时间对醋酸丙酸纤维素合成的影响65-66
• 3.3.2.4 醋酸丙酸纤维素的SEM分析66-67
• 3.3.2.5 醋酸丙酸纤维素的红外分析67
• 3.3.2.6 醋酸丙酸纤维素的GPC分析67-69
• 3.4 本章小结69-70
• 第四章 结论及展望70-72
• 参考文献72-78
• 研究成果及发表的学术论文78-80
• 致谢80-82
• 作者及导师简介82-83
• 附件83-84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 ;A green synthesis of dihydropyrimidinones by Biginelli reaction over Nafion-H catalyst[J];Chinese Chemical Letters;2007年05期

2 徐常龙;陶春元;涂惠平;柳闽生;曹小华;;酯化反应的探讨[J];化工中间体;2006年01期

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本文编号：893791