生物質(zhì)基碳水化合物催化轉(zhuǎn)化制乳酸甲酯.pdf

1、乳酸甲酯是一類(lèi)重要的羥基酯類(lèi)化合物，主要用作合成香料和除草劑。它又是一類(lèi)重要的工業(yè)溶劑。乳酸甲酯水解后可以制備成平臺(tái)化合物乳酸。傳統(tǒng)的乳酸以生物發(fā)酵為主，存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、產(chǎn)生大量廢棄物、反應(yīng)條件嚴(yán)格等缺點(diǎn)。隨著乳酸及其衍生物的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式顯然已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代需要，近幾年來(lái)科學(xué)家們致力于研究開(kāi)發(fā)新的簡(jiǎn)單環(huán)保的化學(xué)方法制備乳酸及其衍生物。
　　 本文的工作內(nèi)容是以生物質(zhì)基碳水化合物為原料，以固體堿、酸性介孔分子篩以及具有

2、酸堿兩性的過(guò)渡金屬氧化物為催化劑在甲醇中制備乳酸甲酯。用XRD、BET、TEM、CO2-TPD、NH3-TPD、Py-IR、IR等技術(shù)詳細(xì)分析表征了各催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)，考察了催化劑的催化活性及其相關(guān)影響因素。得到了以下主要結(jié)論:
　　 (1)固體堿催化劑MgO對(duì)生物質(zhì)基碳水化合物轉(zhuǎn)化為乳酸甲酯有催化活性，其催化活性和表面堿性相關(guān)。對(duì)于不同來(lái)源以及不同焙燒溫度活化的MgO來(lái)說(shuō)，只具有弱堿性位點(diǎn)的MgO的催化活性最佳。在最優(yōu)反應(yīng)

3、條件下乳酸甲酯的產(chǎn)率接近30％。催化劑的穩(wěn)定性及循環(huán)使用研究表明，反應(yīng)前后催化劑的結(jié)構(gòu)與堿性幾乎沒(méi)有變化，經(jīng)多次使用，催化活性幾乎沒(méi)有降低。水對(duì)MgO的催化活性有不利的影響。
　　 (2)研究中發(fā)現(xiàn)，甲醇對(duì)生物質(zhì)基碳水化合物制乳酸甲酯也有催化作用。對(duì)比不同一元醇為溶劑的反應(yīng)，結(jié)果顯示甲醇的反應(yīng)活性與催化活性最佳。這主要是因?yàn)榧状急绕渌辉嫉臉O性都大。而非質(zhì)子傳遞惰性溶劑正己烷完全沒(méi)有反應(yīng)活性。
　　 (3)制備了具有高

4、度有序介孔結(jié)構(gòu)Sn-MCM-41和部分有序介孔結(jié)構(gòu)的SnO2/SiO2-a，這兩種催化劑對(duì)生物質(zhì)基碳水化合物轉(zhuǎn)化成乳酸甲酯都具有較好的催化活性。在最優(yōu)反應(yīng)條件下乳酸甲酯的產(chǎn)率在40％左右。中等強(qiáng)度酸性對(duì)生成乳酸甲酯有主要作用，分子篩催化劑的總酸量越高催化劑的活性越好。催化劑的穩(wěn)定性及循環(huán)使用研究表明，Sn-MCM-41和SnO2/SiO2-a都具有良好的穩(wěn)定性，循環(huán)使用五次后催化劑的活性改變不大。反應(yīng)過(guò)程中兩種催化劑的Sn流失量小于0.

5、15％，TEM與Py-IR結(jié)果顯示反應(yīng)前后催化劑的結(jié)構(gòu)以及酸性種類(lèi)沒(méi)有明顯變化。
　　 (4)制備了NiO、Cr2O3、TiO2這幾種過(guò)渡金屬氧化物和稀土金屬氧化物L(fēng)a2O3，對(duì)于生物質(zhì)碳基水化合物催化轉(zhuǎn)化成乳酸甲酯的反應(yīng)，它們的催化活性順序如下:NiO＞La2O3＞Cr2O3＞TiO2。在最優(yōu)反應(yīng)條件下NiO催化葡萄糖制得的乳酸甲酯的產(chǎn)率可達(dá)40％。對(duì)這幾種催化劑的酸堿性的分析表征表明:催化活性主要與催化劑的酸性有關(guān)，酸性位點(diǎn)