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人类正面临着经济增长和环境保护的双重压力,能源的保护、开发与利用已是非常重要。考虑到环境保护、增加就业和能源安全方面的优势,可再生能源在世界各国都得到了积极地开发和利用。其中,生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气,居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。糠醛在工业上来源于生物质中可再生的农林作物,它与丙酮的羟醛缩合产物糠叉丙酮通过加氢脱水也可制得C8烷烃,再进一步与糠醛缩合的产物经加氢脱水还可制得C13烷烃。这两种烷烃可作为可再生的能源使用。
本文研究了氨水溶液均相催化糠醛与丙酮的缩合反应,通过正交实验研究了反应条件对糠醛的转化率及糠叉丙酮得率的影响,发现最佳的反应条件为:n(糠醛):n(丙酮)=1:10,反应温度80℃,氨水的用量是0.6mol/L的氨水6.6mL,反应时间是12小时。采用该反应条件可以使糠醛的转化率达到91.4%,糠叉丙酮的选择性和收率可分别达到79.3%和72.4%。采用减压蒸馏得到了淡黄色的针状晶体,通过FT-IR、1H-NMR确认该晶体为纯的糠叉丙酮晶体。
本文还合成了层状双金属氢氧化物(LDHs),并通过XRD、FI-IR、TG/DTA、BET、SEM和TEM等对其进行了表征,活化后的MgAl-LDHs可以催化糠醛与丙酮的缩合反应。研究发现共沉淀方法制备的催化剂的催化效果优于尿素水解法制备的催化剂效果。采用共沉淀方法合成Mg/Al=2.5的MgAl-LDHs,对该反应的催化效果最好,糠醛的转化率可达到89.7%,糠叉丙酮的选择性和收率可分别达到65.2%和58.6%,适宜的最低水化温度是700℃,最短时间是2h。此外,800℃高温焙烧催化剂形成了尖晶石结构,对该反应也有活性。最后,还研究了催化剂的寿命和再生情况。