果糖和葡萄糖在離子液體中轉(zhuǎn)化為5-羥甲基糠醛的研究.pdf

1、生物質(zhì)是一種可轉(zhuǎn)化為液體燃料和碳基化學(xué)品的可再生資源。生物質(zhì)糖,如果糖和葡萄糖,可以脫水生成5-羥甲基糠醛(5-HMF),一種新型的綠色平臺化合物。但目前果糖和葡萄糖脫水轉(zhuǎn)化為5-HMF的工藝中,使用了大量的強酸以及有機溶劑,對環(huán)境造成了一定的影響。針對這些問題,本課題結(jié)合環(huán)境友好介質(zhì)離子液體和超臨界二氧化碳(scCO2)的特點,將其應(yīng)用在果糖和葡萄糖轉(zhuǎn)化生成5-HMF的過程中,避免強酸介質(zhì)及有機溶劑的使用,實現(xiàn)該生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程環(huán)境友好

2、。
　　 本文研究了果糖和葡萄糖在不同離子液體體系中脫水生成5-HMF的反應(yīng),考察了反應(yīng)溫度、時間、反應(yīng)氣氛、離子液體與催化劑種類等對果糖和葡萄糖轉(zhuǎn)化率以及5-HMF收率的影響,同時還考察了微波輻射對反應(yīng)的促進作用。產(chǎn)物5-HMF和離子液體的分離是目前應(yīng)用的瓶頸之一,本文探索用scCO2從離子液體中萃取分離5-HMF。5-HMF在scCO2中的溶解度數(shù)據(jù)對分離至關(guān)重要,本文對5-HMF在scCO2中的溶解度進行了研究。得到了如下

3、結(jié)論:
　　 1.在離子液體金屬氯化物體系中,果糖和葡萄糖都可以高效地轉(zhuǎn)化為5-HMF；果糖和葡萄糖的轉(zhuǎn)化率最高可以達到100％,5-HMF的收率最高可以達到91％；離子液體與催化劑之間存在協(xié)同作用。其中溫度對果糖和葡萄糖轉(zhuǎn)化為5-HMF的收率以及果糖和葡萄糖的轉(zhuǎn)化率影響很大；并且在不同的反應(yīng)體系中,70～160℃之間都存在一個最佳溫度。果糖和葡萄糖轉(zhuǎn)化為5-HMF的收率隨著時間增加先增加后趨于穩(wěn)定；CuCl2·2H2O對于果糖

4、轉(zhuǎn)化為5-HMF的反應(yīng)催化效果顯著；CrCl3·6H2O對于葡萄糖轉(zhuǎn)化為5-HMF反應(yīng)催化效果顯著；
　　 2.采用水熱法合成了催化劑鈦納米管,管外徑為10 nm,管內(nèi)徑為8nm,管長為200nm。在離子液體鈦納米管體系中葡萄糖可以轉(zhuǎn)化為5-HMF；通過微波輻射法,可以大大提高反應(yīng)速率,使得反應(yīng)時間縮小到1min之內(nèi)；微波功率對反應(yīng)的影響很大,當(dāng)微波功率為400 W時,反應(yīng)效果最好；
　　 3.在溫度314.10～343

5、.20 K、壓力8.54～19.71 MPa條件下,研究了5-HMF在scCO2中的溶解度。當(dāng)溫度一定時,5-HMF在scCO2中的溶解度隨壓力的增大而增大；當(dāng)壓力一定時,其溶解度隨溫度的升高而減??；當(dāng)乙醇做共溶劑時,其溶解度隨乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)增加而增大；實驗值可以用四參數(shù)的Chrastil模型以及修正的Chrastil模型進行關(guān)聯(lián),關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)表明5-HMF在二氧化碳(CO2)中的溶解過程是一個吸熱過程,乙醇的加入降低了這個過程所需的能量。