石墨衍生物固體酸催化果糖脫水制備5-羥甲基糠醛的研究.pdf

1、近年來，由于化石燃料大量消耗引發(fā)的能源危機(jī)與環(huán)境污染等問題日益加劇，使得開發(fā)可再生、環(huán)保型的生物質(zhì)源資源迫在眉睫。研究發(fā)現(xiàn)，通過化學(xué)方法可以將生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為高附加值的醫(yī)藥中間體或者高分子聚合單體，其中最經(jīng)典的反應(yīng)是由生物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來的六碳糖經(jīng)催化劑催化脫水生成5-羥甲基糠醛(5-HMF)，進(jìn)而經(jīng)加氫、氧化、鹵化、水解、酯化及羥醛縮合等反應(yīng)制備醫(yī)藥產(chǎn)品、燃料、高分子聚合物等化工產(chǎn)品。
　　本課題研究了石墨衍生物固體酸催化劑催化果糖脫

2、水制備5-羥甲基糠醛的過程，重點(diǎn)在于制備出具有高催化活性和穩(wěn)定性的非金屬型催化劑，并對(duì)其催化過程進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
　　首先，使用改進(jìn)的Hummers氧化石墨法制備出固體酸催化劑石墨氧化物（GO），并將此催化劑應(yīng)用到果糖催化脫水制備5-HMF過程中，研究發(fā)現(xiàn)，固體酸催化劑GO的最佳用量0.1g；該體系的最佳反應(yīng)溫度是120℃；最佳反應(yīng)時(shí)間是3.5 h；最佳反應(yīng)溶劑是二甲基亞砜。該反應(yīng)條件下5-HMF的產(chǎn)率可達(dá)60.6％。另外，還對(duì)

3、GO材料進(jìn)行高溫處理和酸/堿處理制備了催化劑h-GO、G-SO3H，其催化果糖脫水的效果相差不大，產(chǎn)物5-HMF的產(chǎn)率分別為63.0％和61.8％。另一方面，將石墨氧化物GO用于催化菊糖脫水的反應(yīng)時(shí)，最佳反應(yīng)溫度是160℃，最佳反應(yīng)時(shí)間是4.0h；最佳反應(yīng)溶劑是H2O:THF(V:V)=1:3，在該條件下主產(chǎn)物5-HMF的收率達(dá)61.2％。
　　其次，考察了聚合物包裹石墨氧化物對(duì)果糖脫水的催化效果；這里，我們采用原位聚合法，以苯胺

4、為原料，在GO膠體溶液中制備了導(dǎo)電型聚苯胺-石墨氧化物（PAN I-GO）催化材料。進(jìn)而，又采用70％濃硫酸對(duì)PANI-GO進(jìn)行了硫酸化處理，獲得了硫酸化的PANI-GO材料(SO42-/PANI-GO)。將這些材料應(yīng)用到催化果糖的脫水過程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶劑中，固體酸催化劑 PANI-GO和 SO42-/PANI-GO均表現(xiàn)出較好的催化活性，產(chǎn)物5-HMF的收率分別達(dá)80.7％和72.4％。并且，還研究了PAN