B2O3-金属氧化物固体酸催化单糖转化5-羟甲基糠醛(HMF)

摘要

5-羟甲基糠醛(HMF)是非常重要的生物化工中间体，糖类，尤其是单糖（葡萄糖）转化制备HMF是利用生物质的中心环节。在传统工艺中，采用均相酸催化单糖转化 HMF，存在对设备腐蚀严重、后处理复杂、环境污染等问题。本论文开展了B2O3-金属氧化物固体酸催化剂制备及其催化葡萄糖转化HMF研究。
　　(1)通过模板剂结合超声的方法制备了 B2O3-ZrO2固体酸催化剂，并对催化剂的不同摩尔比例（Zr:B=1:0,1:0.5,1:1,1:1.5）进行了筛选，筛选出了最佳催化剂的摩尔比（Zr:B=1:1）。对催化剂进行了FTIR、XRD、SEM、NH3-TPD等表征，初步确定B2O3-ZrO2催化剂的基本结构。将最佳比例的催化剂用于催化葡萄糖转化 HMF，并考察了影响反应的各种因素，如反应时间、反应温度、底物溶度、不同溶剂、催化剂用量等。得到了最佳的反应条件：葡萄糖质量50 mg，催化剂质量20 mg,0.8 g DMSO，反应温度160℃，反应时间180 min，HMF产率达到17.6％。
　　（2）通过模板剂结合超声的方法制备了B2O3-WO3固体酸催化剂，对B/W摩尔比（W:B=1:0,1:1,1:2,1:3）进行了筛选，筛选出了最佳催化剂比例（W:B=1:2）。对催化剂进行了FTIR、XRD、SEM、NH3-TPD等表征，初步确定了B2O3-WO3固体酸催化剂的基本结构。将筛选出的最佳比例催化剂用于催化葡萄糖转化 HMF，并考察了影响反应的各种因素，如反应时间、反应温度、底物溶度、不同溶剂、催化剂用量等。得到最佳的反应条件：葡萄糖质量50 mg，催化剂质量20 mg，溶剂DMSO，反应温度160℃，反应时间180 min，HMF产率达到15.6%。
　　（3）通过模板剂结合超声的方法制备了纳米介孔B2O3-Al2O3固体酸催化剂，并对不同的比例（Al:B=10:0,9:1,8:2,7:3,6:4,5:5,4:6,3:7,2:8,1:9）进行了筛选，筛选出了最优催化剂比例（Al:B=5:5）。并对催化剂进行了FTIR、XRD、SEM、TEM、NH3-TPD、N2-吸附脱附、吡啶红外、ICP-AES等表征，基本确定催化剂的结构，发现该催化剂不但具有纳米介孔的结构，而且还具有非常高的比表面积（488.5 m2/g）和较高的酸度，将最佳比例的催化剂用于催化葡萄糖转化HMF，并考察了影响反应的各种因素如同源催化剂的对比、反应时间、反应温度、底物浓度、催化剂用量等。得到最佳的反应条件：葡萄糖质量50 mg，催化剂质量20 mg，溶剂DMSO，反应温度140℃，反应时间120 min，HMF产率达到42.1%。

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引言

第一章 概述

1.1 5-羟甲基糠醛重要性

1.2单糖转化成HMF的机理

第二章 酸性催化剂催化单糖制备HMF的研究进展

2.1 均相酸催化单糖制备HMF的研究进展

2.2 非均相酸催化单糖制备HMF的研究进展

第三章 课题设计思路

3.1 课题的选题目的及意义

3.2 本课题的设计思路及路线

第四章 B2O3-WO3、B2O3-ZrO2固体酸催化葡萄糖转化为HMF

4.1引言

4.2实验部分

4.3 固体酸催化剂ZrO2-B2O3

4.4 固体酸催化剂WO3-B2O3

第五章 纳米介孔B2O3-Al2O3固体酸催化葡萄糖转化为HMF

5.1 Al2O3-B2O3催化剂制备方法

5.2 Al2O3-B2O3催化剂的表征

5.3 Al2O3-B2O3催化葡萄糖转化HMF

5.4 小结

第六章 结论

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

6.3 工作存在的不足及展望

参考文献

致谢

附 录：