新型酸性催化剂的制备及在生物质转化中的应用

来源 :黑龙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dong770527
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生物质是自然界中唯一可再生的碳源,使用生物质原料可生产多种增值化学品,功能性材料和燃料等产品。5-羟甲基糠醛作为最重要的平台化合物,构建了连接生物质与小分子化合物之间的桥梁。一个绿色,高效,可持续的酸性催化剂在生物质向平台化合物5-羟甲基糠醛(HMF)的转化中起着至关重要的作用。一系列的酸性催化剂被应用于生物质向HMF的转化,其中包括非均相催化的无机矿物酸、固体酸和杂多酸以及均相催化的有机酸、无机酸和酸性离子液体。本论文分别设计并合成了还原氧化石墨烯负载的三氧化钨(WO3/RGO)和磺酸基功能化的离子液体两类催化剂,并进行了生物质转化HMF的研究。  首先,采用一锅水热法合成了WO3/RGO催化剂,通过TEM,XRD,XPS,FTIR和Raman进行表征。进而使用WO3/RGO作为非均相酸性催化剂对催化果糖高效转化为HMF进行了评价。在果糖向HMF的转化中,WO3/RGO结合离子液体[BMIM]Cl作为溶剂展现的较好的催化活性,不仅实现了果糖完全转化,同时HMF的产率高达84.2%。通过循环回收实验表明了催化剂可以循环利用5次并且催化效率没有明显降低。  其次,设计并合成了一系列磺酸基功能化的离子液体,其中包括两个新型的磺酸基功能化多阳离子液体。通过Hammett指示剂法表征了离子液体的酸性,结果表明新型离子液体IL-5和IL-6都具有较强的酸性。在催化果糖转化HMF的反应中,IL-6展现了较高的催化活性,在最佳条件下HMF的产率达到80%。改变反应底物为葡萄糖,在反应液中加入10%mmol量的金属盐作为Lewis酸催化剂共同催化葡萄糖的反应。最终结果表明CrCl2是最佳的Lewis酸催化剂,共同催化下,葡萄糖转化为HMF的产率可达71.6%。进一步研究表明,在此催化休系下,蔗糖,菊粉和纤维素同样可以催化转化HMF。
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