離子液體催化半纖維素五碳糖制取糠醛研究.pdf

1、糠醛（FF）作為一種可生產(chǎn)多類化學(xué)品與高品質(zhì)液體燃料的重要平臺(tái)化合物，可由生物質(zhì)中多縮戊聚糖經(jīng)水解脫水環(huán)化得到，通過進(jìn)一步加氫、氧化脫氫、酯化、鹵化、聚合、水解以及其他化學(xué)反應(yīng)能直接或間接合成千余種化工產(chǎn)品。然而由于缺乏對(duì)于生物質(zhì)液相分解高效制取糠醛的深入研究，生物質(zhì)液化技術(shù)應(yīng)用受到了一定程度的限制。在目前的商業(yè)化FF生成工藝中，主要是利用礦物質(zhì)酸如硫酸和鹽酸等進(jìn)行催化，該過程存在產(chǎn)率不高，設(shè)備容易腐蝕等問題，因此眾多研究試圖要開發(fā)更為

2、綠色高效的催化反應(yīng)體系。本文依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，選用離子液體作為催化劑，對(duì)生物質(zhì)特別是半纖維素五碳糖液相分解制取糠醛進(jìn)行了深入并且系統(tǒng)的研究。
　　考慮到木糖是半纖維素中含量最高的戊糖，文章首先探討了木糖在Brθnsted酸性離子液體和可再生的GVL溶劑組成的反應(yīng)體系中的轉(zhuǎn)化。研究表明，相比于純水相，GVL的引入能有效提高反應(yīng)的速率，促進(jìn)了木糖的轉(zhuǎn)化和FF產(chǎn)率的提升。隨著反應(yīng)溫度的升高，F(xiàn)F的產(chǎn)率先增加后降低，并在140℃時(shí)

3、取得78.12％的FF產(chǎn)率。此外，對(duì)比四種不同類型的磺酸化離子液體的催化效果，發(fā)現(xiàn)均能得到69%以上的FF產(chǎn)率，表明通過對(duì)離子液體進(jìn)行磺酸化來作為木糖制取FF的催化劑是一種比較好的方法。同時(shí)還分析了阿拉伯糖和木聚糖在該體系中的轉(zhuǎn)化，并得到中等的FF產(chǎn)率。
　　為了更加全面深入地揭示木糖轉(zhuǎn)化制取FF的行為特征，文章隨后對(duì)木糖在Lewis酸性離子液體中的液相分解情況進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著溶劑中GVL比率的升高，木糖的轉(zhuǎn)化率都有

4、著明顯的提高，在140℃，GVL:Water=4:1，反應(yīng)120min時(shí)轉(zhuǎn)化率達(dá)到了99.71%，相應(yīng)的FF產(chǎn)率達(dá)到最高的79.81%；而相同工況下GVL:Water=4:1時(shí)，F(xiàn)F的產(chǎn)率只有54.08%。這是因?yàn)槿芤褐蠫VL含量太高，會(huì)使得Al3+水解不充分，導(dǎo)致Lewis酸性離子液體催化效果降低。而隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，水解得到的FF由于發(fā)生二次反應(yīng)生成Humin等其他產(chǎn)物，導(dǎo)致其產(chǎn)率有一定程度的下降。
　　本文最后主要對(duì)半纖維

5、素中另外一種比較重要的戊糖—阿拉伯糖展開了較為詳細(xì)的研究，在由GVL和水組成的相同溶劑體系中，采用Lewis酸性離子液體作為催化劑，我們發(fā)現(xiàn)在相同反應(yīng)工況下其表現(xiàn)出和木糖類似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。然而不同的是，初始反應(yīng)原料為阿拉伯糖時(shí)的轉(zhuǎn)化率和FF產(chǎn)率都較木糖的低一些。這是因?yàn)槲焯窃谌芤褐械臉?gòu)型分布也會(huì)影響它的反應(yīng)活性，阿拉伯糖主要以α-吡喃構(gòu)型為主，該構(gòu)型因熱穩(wěn)定性較強(qiáng)而轉(zhuǎn)化為 FF的選擇性較差，相比而言，以β型吡喃糖為主的木糖則更容易轉(zhuǎn)化為F