催化转化生物质到呋喃基精细平台化合物的研究

发布时间：2017-09-26 18:38

  本文关键词：催化转化生物质到呋喃基精细平台化合物的研究

  更多相关文章： 5-羟甲基糠醛 选择性氧化 2 5-呋喃二甲醛 生物质 果糖 催化降解

【摘要】：目前,煤、石油、天然气提供了至少四分之三的全世界所用的能源。但现在全球面临的一个严峻问题是对这些化石燃料需求日益上升的同时它们的储存量却在快速下降。外加各国环保意识的提升,所以人们力求寻找一种可行的且对环境友好的可再生新能源来替代化石资源。研究表明,大量的可再生的生物质资源为我们工业社会可提供能量和有机碳的来源和生产化学产品和液体染料。而且,与化石燃料相比较生物质资源产生相对较少的温室效应气体。5-羟甲基糠醛(HMF)来源于生物质碳水化合物(纤维素、葡萄糖、果糖)的降解是一种具有潜力的精细平台化合物,它可以作为合成塑料、药物、液体燃料的前驱体。在生物质精炼过程中选择性氧化HMF又是一种关键的转化途径,氧化HMF可以产生众多呋喃基化学产品如：2,5-呋喃二甲醛(DFF)、5-羟甲基-2-呋喃甲酸(HMFCA) 、5-甲酰基-2-呋喃甲酸(FFCA)和2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。然近年来DFF作为HMF的氧化产物已经引起了广泛的关注。因为DFF在合成呋喃类聚合体、各种聚席夫碱、药物、抗真菌剂、杀虫剂、有机导体、交联试剂、等方面具有广泛的应用。它极大的促进了生物质资源的有效利用,对缓解能源危机和环境污染等问题具有非常重要的意义。因此,本文围绕降解生物质果糖转化为精细化学品HMF以及选择性氧化HMF转变为DFF展开一系列的研究。1通过水热法制备了一系列Nb2O5负载磷钨酸的催化剂(TPA/Nt2O5),并且用X射线粉末衍射仪(XRD)和红外光谱(FT-IR), NH3-TPD、电子扫描电镜(SEM)对催化剂进行表征。研究了在-甲亚砜(DMSO)中用Nb2O5负载磷钨酸(TPA/Nb2Os)催化降解果糖制备HMF的反应：考察了不同TPA的负载量,反应温度,反应时间,催化剂的用量对反应结果的影响。实验结果显示：当TPA的负载量为25%时催化活性最好,在催化剂用量为0.15 g,反应温度为120℃,反应时间为2h的条件下5-HMF的产率可高达91.6%。2. TEMPO和氧气在选择性氧化醇到醛反应体系中具有非常重要的意义,本文考察了不同的过渡金属硝酸盐以及不同的反应条件下对选择性氧化HMF转变为DFF反应性能的影响。结果表明在分子氧存在的条件下以Fe(NO3)39H2O/ NaCl/TEMPO为催化剂时,在MeCN溶剂中,反应8小时DFF的选择性可以到96.6%,HMF的转化率达到99%。另外,探讨了该反应可能的机理。3.通过直接焙烧铌酸制备三种不同的Nb2O5作为光催化剂在可见光的作用下有效催化氧化HMF转变为DFF。并分别考察了不同形貌的Nb2O5,不同照射光波长以及不同反应时间对该反应的催化效果影响。研究显示,催化剂m800-Nb2O5在三氟甲苯溶剂中,用可见光照射6 h,可得到90.6%的DFF选择性和19.2%的HMF的转化率。另外还探讨了该反应的机理。
【关键词】：5-羟甲基糠醛 选择性氧化 2 5-呋喃二甲醛 生物质 果糖 催化降解
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TK6
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-26
• 1.1 引言9-10
• 1.2 降解生物质果糖制备HMF的研究进展10-17
• 1.2.1 生物质利用的背景10-11
• 1.2.2 呋喃基生物质小分子HMF的性质和应用11-12
• 1.2.2.1 HMF的性质11
• 1.2.2.2 HMF的应用11-12
• 1.2.3 果糖制备HMF催化体系的研究进展12-17
• 1.2.3.1 无机酸催化剂13
• 1.2.3.2 有机酸催化剂13-14
• 1.2.3.3 离子液体催化剂14
• 1.2.3.4 盐类催化剂14-15
• 1.2.3.5 路易斯酸催化剂15
• 1.2.3.6 固体酸催化剂15-17
• 1.3 催化氧化HMF转变为DFF的研究进展17-23
• 1.3.1 呋喃基生物质小分子DFF的来源及应用17-18
• 1.3.2 传统方法均相催化体系18-19
• 1.3.3 金属氧化物催化氧化体系19-21
• 1.3.4 用贵金属催化剂催化氧化体系21-22
• 1.3.5 新型技术催化HMF转变为DFF体系22-23
• 1.4 本论文的研究意义和研究内容23-26
• 1.4.1 研究意义23-24
• 1.4.2 研究内容24-26
• 第二章 实验部分26-31
• 2.1 实验试剂及规格26-27
• 2.2 实验仪器及型号27
• 2.3 催化剂的表征27-28
• 2.4 数据的分析与处理方法28-31
• 2.4.1 HMF和DFF的定性分析28
• 2.4.2 HMF和DFF的定量分析28-30
• 2.4.3 HMF和DFF的产率计算30-31
• 第二章 Nb_2O_5负载磷钨酸催化降解果糖制备HMF的研究31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 实验部分31-32
• 3.2.1 催化剂TPA/Nb_2O_5的制备31-32
• 3.2.2 TPA/Nb_2O_5在DMSO中催化降解果糖32
• 3.3 结果与讨论32-42
• 3.3.1 催化剂TPA/Nb_2O_5的表征32-36
• 3.3.1.1 不同负载量的催化剂的XRD表征32-33
• 3.3.1.2 不同负载量的催化剂的红外表征33-34
• 3.3.1.3 不同负载量的催化剂的NH_3-TPD表征34-35
• 3.3.1.4 不同负载量的催化剂的SEM表征35-36
• 3.3.2 催化活性36-42
• 3.3.2.1 TPA的负载量对催化降解果糖转变为HMF的影响36-37
• 3.3.2.2 催化剂的用量对反应结果的影响37
• 3.3.2.3 不同反应底物对催化反应性能的影响37-38
• 3.3.2.4 反应温度对催化降解果糖反应性能的影响38-40
• 3.3.2.5 反应时间对催化降解果糖反应性能的影响40
• 3.3.2.6 催化剂的循环利用40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 金属硝酸盐/TEMPO选择性催化氧化5-HMF制备DFF43-52
• 4.1 引言43
• 4.2 实验部分43-46
• 4.2.1 氧化HMF到DFF的性能评价43-44
• 4.2.2 产物分析及表征44-46
• 4.3 结果与讨论46-51
• 4.3.1 不同反应气氛对DFF的产率的影响46-47
• 4.3.2 催化剂中各组分对反应结果的影响47-48
• 4.3.3 不同量的催化剂对反应的影响48-49
• 4.3.4 溶剂的影响49-50
• 4.3.5 反应机理的探讨50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 可见光下Nb_2O_5选择性催化氧化HMF到DFF的研究52-62
• 5.1 引言52
• 5.2 实验部分52-56
• 5.2.1 催化剂Nb_2O_5的制备52-53
• 5.2.2 催化剂Nb_2O_5的表征53-56
• 5.2.2.1 XRD表征53-54
• 5.2.2.2 SEM表征54-55
• 5.2.2.3 Nb_2O_5的拉曼光谱表征55-56
• 5.3 结果与讨论56-61
• 5.3.1 可见光催化氧化HMF到DFF的性能研究56-57
• 5.3.2 照射波长、时间对反应性能的影响57-58
• 5.3.3 机理讨论58-61
• 5.4 本章小结61-62
• 参考文献62-72
• 攻读学位期间取得的科研成果72-73
• 致谢73-74

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