B2O3固體酸型催化劑降解葡萄糖制5-羥甲基糠醛的研究.pdf

1、隨著化石資源儲量的日趨減少，能源危機(jī)成為人類社會發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)之一。生物質(zhì)資源作為一種可再生資源其儲量豐富、無污染、價(jià)格低廉成為石資源的理想替代者。由葡萄糖衍生的5-羥甲基糠醛（5-HMF）被視為一種極具潛力的精細(xì)平臺化合物，其可作為塑料、藥物、液體燃料等的前驅(qū)體。因此尋找合適的催化反應(yīng)體系實(shí)現(xiàn)葡萄糖高效轉(zhuǎn)化為5-HMF具有重要意義。當(dāng)前催化轉(zhuǎn)化葡萄糖制備5-HMF的反應(yīng)體系眾多，但存在腐蝕性大、分離成本高、不利于環(huán)保等缺點(diǎn)，因此研

2、究者將目光轉(zhuǎn)向綠色環(huán)保的新型催化體系。多相固體酸催化劑對于生物質(zhì)轉(zhuǎn)化具有良好的催化活性，且由于腐蝕性小、易于回收再處理、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。本文主要圍繞復(fù)合金屬氧化物負(fù)載的B2O3固體酸催化劑的制備及其在有機(jī)溶劑二甲基亞砜中催化葡萄糖脫水為5-HMF的應(yīng)用展開了研究。
　　1.采用共沉淀法與浸漬法制備了一系列不同負(fù)載量的負(fù)載型固體酸催化劑B2O3/ZrO2-Al2O3，考察了催化劑對葡萄糖的脫水性能。采用X射線粉末衍射（X

3、RD）與傅里葉紅外光譜(FT-IR)對催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，催化劑表面的元素價(jià)態(tài)分析使用X射線光電子能譜(XPS)，使用程序升溫脫附法(NH3-TPD)對催化劑表面酸性分布進(jìn)行了研究，催化劑表面酸類型則通過吡啶吸附紅外(Py-IR)進(jìn)行分析?？疾炝瞬煌珺2O3負(fù)載量、反應(yīng)時(shí)間與溫度、載體中Zr/Al摩爾比、葡萄糖初始用量、催化劑用量、反應(yīng)溶劑等參數(shù)對葡萄糖轉(zhuǎn)化為5-HMF反應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，B2O3負(fù)載量為20wt％時(shí)(BZA-0

4、.20)，反應(yīng)溫度150℃，反應(yīng)時(shí)間4h，5-HMF的最高收率為41.2％。BZA-0.20的良好催化活性在于催化劑表面具有最大總酸量436μmol/g，且催化劑表面兼?zhèn)涞腖ewis酸中心與Br(φ)nsted酸中心，有助于葡萄糖至5-HMF反應(yīng)的進(jìn)行。
　　2以異丙醇鈦、異丙醇鋁、硼酸為原料，制備了不同B2O3負(fù)載量的負(fù)載型固體酸催化劑B2O3/TiO2-Al2O3。采用XRD與FT-IR對催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，使用XPS對其表

5、面元素價(jià)態(tài)進(jìn)行分析，NH3-TPD技術(shù)分析催化劑表面的酸性分布，Py-IR方法對催化劑表面的酸類型進(jìn)行分析，并研究了B2O3/TiO2-Al2O3催化劑對葡萄糖脫水性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)負(fù)載量為20wt％的BTA-0.20催化活性最高，反應(yīng)溶劑DMSO3ml，葡萄糖用量為50mg，20mg BTA-0.20，反應(yīng)時(shí)間3h，反應(yīng)溫度150℃時(shí)，5-HMF的收率達(dá)到47.3％。BTA-0.20催化劑的最佳催化活性在于此時(shí)催化劑表面的中強(qiáng)酸(1