固体酸催化碳水化合物制备5-羟甲基糠醛及糠醛的研究

发布时间：2022-02-20 03:24

　　平台化合物的高效制备,对生物质资源转化为燃料和大宗化学品具有重要意义。其中5-羟甲基糠醛（HMF）和糠醛,不但可转化为众多化学品衍生物,且制备原料来源广泛,可由木质纤维素中的葡聚糖和木聚糖转化制得,因此受到广泛关注。要实现碳水化合物高效转化为平台化合物HMF和糠醛,催化剂和溶剂是其中的两个关键因素。固体酸催化剂,因设备腐蚀小、工业废水少、活性位可调控及易回收等优点,对其平台化合物的产业化制备具有重要意义。本文以较廉价的原料制备了系列具有不同活性位的新型固体酸催化剂,围绕催化剂的稳定性、不同酸性位的作用和催化体系对不同原料的适用性进行开展。首先,以不同碳源、制备方法得到了系列炭固体酸催化剂,重点分析和评价各固体酸催化剂的循环回收性能。其次,通过分析和调控催化剂的酸量、酸位类型和表面官能团等特征,得到了 Br（?）nsted酸为主的蔗糖基炭固体酸、Br（?）nsted酸为主含少量Lewis酸的烟梗基多功能炭固体酸和Lewis酸为主的Na掺杂多孔A1203固体酸,探究了固体酸的不同活性位对HMF和糠醛的收率影响。最后,通过分析固体酸催化剂与溶剂之间的协同作用,研究催化体系对不同糖催化转化效果... 

【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】：142 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 生物质平台化合物
    1.3 催化碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的研究进展
        1.3.1 碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的催化剂研究进展
        1.3.2 碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的溶剂体系研究进展
        1.3.3 碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的机理研究进展
    1.4 催化碳水化合物制备糠醛的研究进展
        1.4.1 碳水化合物制备糠醛的催化剂研究进展
        1.4.2 碳水化合物制备糠醛的溶剂体系研究进展
        1.4.3 碳水化合物制备糠醛的机理研究进展
    1.5 选题目的与研究内容
        1.5.1 选题目的
        1.5.2 研究内容
第2章 实验部分
    2.1 实验仪器和试剂
        2.1.1 实验仪器
        2.1.2 实验试剂
    2.2 催化剂的制备和表征
        2.2.1 催化剂的制备
        2.2.2 催化剂的表征
    2.3 反应步骤和产物分析方法
        2.3.1 反应步骤
        2.3.2 产物分析方法
    2.4 本章小结
第3章 系列炭固体酸催化制备5-羟甲基糠醛和糠醛的效果评价
    3.1 引言
    3.2 木屑基炭固体酸制备5-羟甲基糠醛和糠醛
        3.2.1 不同反应因素对5-羟甲基糠醛和糠醛的收率影响
        3.2.2 催化剂的循环回收利用
    3.3 纤维素基炭固体酸制备5-羟甲基糠醛和糠醛
        3.3.1 不同反应因素对5-羟甲基糠醛和糠醛的收率影响
        3.3.2 催化剂的循环回收利用
    3.4 甘油基炭固体酸制备5-羟甲基糠醛和糠醛
        3.4.1 不同反应因素对5-羟甲基糠醛和糠醛的收率影响
        3.4.2 催化剂的循环回收利用
    3.5 蔗糖基炭固体酸制备5-羟甲基糠醛和糠醛
        3.5.1 不同反应因素对5-羟甲基糠醛和糠醛的收率影响
        3.5.2 催化剂的循环回收利用
    3.6 本章小结
第4章 蔗糖基炭固体酸制备5-羟甲基糠醛和糠醛
    4.1 引言
    4.2 蔗糖基炭固体酸的表征
        4.2.1 FTIR分析
        4.2.2 元素分析及滴定分析
        4.2.3 XPS分析
        4.2.4 TEM分析
        4.2.5 N_2等温吸脱附分析
    4.3 果糖催化转化为5-羟甲基糠醛
        4.3.1 温度和时间对5-羟甲基糠醛收率的影响
        4.3.2 溶剂对5-羟甲基糠醛收率的影响
        4.3.3 催化剂的循环回收性能分析
    4.4 葡萄糖催化转化为5-羟甲基糠醛和糠醛
    4.5 纤维素催化转化为5-羟甲基糠醛和糠醛
    4.6 本章小结
第5章 烟梗基多功能炭固体酸制备5-羟甲基糠醛和糠醛
    5.1 引言
    5.2 烟梗基炭固体酸的表征
        5.2.1 SEM及TEM分析
        5.2.2 N_2等温吸脱附分析
        5.2.3 元素分析
        5.2.4 酸碱滴定分析
        5.2.5 EDX元素地图分析
        5.2.6 热重分析
        5.2.7 FTIR分析
        5.2.8 吡啶红外分析
        5.2.9 XPS分析
    5.3 系列烟梗炭固体酸的催化性能对比和评价
    5.4 不同糖催化转化为5-羟甲基糠醛和糠醛
        5.4.1 果糖催化转化为5-羟甲基糠醛和糠醛
        5.4.2 葡萄糖催化转化为5-羟甲基糠醛和糠醛
        5.4.3 混合溶剂中水含量对5-羟甲基糠醛和糠醛收率的影响
        5.4.4 催化剂用量对5-羟甲基糠醛和糠醛收率的影响
        5.4.5 催化剂的循环回收利用
    5.5 烟梗基炭固体酸多功能活性位协同效应下的反应机理
        5.5.1 多活性位协同催化果糖制备5-羟基甲基糠醛的反应机理
        5.5.2 多活性位协同催化葡萄糖制备5-羟基甲基糠醛的反应机理
    5.6 本章小结
第6章 Na掺杂多孔Al_2O_3制备5-羟甲基糠醛及糠醛
    6.1 引言
    6.2 Na掺杂Al_2O_3固体酸的表征
        6.2.1 TEM分析
        6.2.2 N_2等温吸脱附分析
        6.2.3 XRD分析
        6.2.4 热重分析
        6.2.5 FTIR分析
        6.2.6 吡啶红外分析
        6.2.7 XPS分析
    6.3 葡萄糖催化转化为5-羟甲基糠醛
        6.3.1 催化剂和溶剂对5-羟甲基糠醛收率的影响
        6.3.2 温度和时间对5-羟甲基糠醛收率的影响
        6.3.3 催化剂用量对5-羟甲基糠醛收率的影响
        6.3.4 催化剂的循环回收利用
    6.4 纤维素催化转化为5-羟甲基糠醛
        6.4.1 溶剂对5-羟甲基糠醛收率的影响
        6.4.2 温度和时间对5-羟甲基糠醛收率的影响
        6.4.3 催化剂用量对5-羟甲基糠醛收率的影响
    6.5 木糖催化转化为糠醛
        6.5.1 温度和时间对糠醛收率的影响
        6.5.2 溶剂比对糠醛收率的影响
        6.5.3 催化剂用量对糠醛收率的影响
        6.5.4 催化剂的循环回收利用
    6.6 玉米秸秆催化转化为5-羟甲基糠醛及糠醛
    6.7 Na/Al_2O_3-DMSO/[Bmim][Cl]催化体系协同作用下的反应机理
    6.8 本章小结
第7章 研究工作总结与展望
    7.1 研究工作总结
    7.2 主要创新点
    7.3 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]双相体系中凹土负载型固体酸SO42-/In2O3-ATP催化己糖降解5-羟甲基糠醛（英文）[J]. 申越,康玉茹,孙建奎,王超,王波,许凤,孙润仓.  催化学报. 2016(08)
[2]离子液体中磺化无定形炭催化菊糖制备5-羟甲基糠醛[J]. 公艳艳,刘民,贾松岩,冯建萍,宋春山,郭新闻.  物理化学学报. 2012(03)
[3]高温液态水中木糖无催化分解反应动力学(英文)[J]. 荆琪,吕秀阳.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2007(05)



本文编号：3634217