双功能酸催化剂催化葡萄糖脱水生成5-HMF

摘要

五羟甲基糠醛作为一种绿色平台分子，其来源于生物质。五羟甲基糠醛(5-HMF)可以通过加氢、酯化、氧化、卤化等反应途径转化成高分子聚合物、有机燃料等重要的化学产品。可以通过果糖和葡萄糖脱水来制备五羟甲基糠醛，然而，葡萄糖由于它的低成本并且容易获得而受到广泛的关注。葡萄糖脱水制备5-HMF，首先异构化成果糖，随后脱水生成5-HMF。因此，寻找合适的催化剂是很重要的。
　　本文以葡萄糖为原料，研究了葡萄糖脱水制备5-HMF的反应以及表面上分布的不同酸量对5-HMF产率的影响。反应温度，溶剂的用量，反应时间，催化剂用量对5-HMF产率也存在影响，并对实验条件进行探索，以及催化剂的回收利用的寿命。制备了不同晶型的磷酸铈催化剂。实验研究结果表明，最佳反应条件为:原料葡萄糖为200 mg，催化剂用量为50 mg，溶剂用量二甲基亚砜(DMSO)用量为10 mL，160℃时反应60 min，5-HMF产率最高达到了61％。并且采用了XRD，NH3-TPD，FT-IR，SEM，XPS等表征手段对催化剂进行了探索与分析。且制备了H-Beta分子筛催化剂，用于这个反应，同样研究表面酸性，以及反应温度，溶剂的用量，反应时间，催化剂用量等实验条件。得到的结论是:在催化葡萄糖脱水反应中，用10毫升溶剂DMSO，50毫克的催化剂，200毫克的葡萄糖，在180℃下反应5h，HMF的产率达到了42.3％，葡萄糖的转化率为99.3％。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 5-HMF的概述

1．2．1 5-HMF的性质

1．2．2 5-HMF的制备方法

1．3 果糖脱水制备5-HMF的研究现状

1．4 葡萄糖脱水制备5-HMF的研究现状

1．4．1 葡萄糖脱水制备5-HMF的反应机理

1．4．2 葡萄糖脱水制备5-HMF的催化体系

1．5 制备5-HMF的溶剂体系

1．5．1 单相体系

1．5．2 两相体系

1．6 本论文选题的依据

第2章 实验部分

2．1 实验药品与仪器

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器及装置

2．2 催化剂的制备方法

2．2．1 不同晶型磷酸铈的制备方法

2．2．2 H-Beta分子筛的制备方法

2．3 催化剂的表征

2．3．1 广角XRD表征分析

2．3．2 BET比表面积(BET)

2．3．3 NH3程序升温脱附(NH3-TPD)

2．3．4 傅里叶变换红外光谱表征分析仪(DRIFTS)

2．3．5 X射线光电子能谱(XPS)

2．3．6 扫描电镜表征和分析(SEM)

2．4 反应性能评价

2．4．1 葡萄糖脱水制备5-HMF的反应性能评价一

2．4．2 CP120催化剂的回收利用

2．4．3 葡萄糖脱水制备5-HMF的反应性能评价二

2．5 分析方法与数据处理

2．5．1 5-HMF的标准曲线绘制与产率的计算方法

2．5．2 葡萄糖标准曲线的绘制与转化率的计算方法

第3章 不同晶型的磷酸铈催化葡萄糖脱水制备5-HMF

3．1 催化剂的表征

3．1．1 不同晶型的磷酸铈的XRD表征

3．1．2 不同晶型磷酸铈的比表面积测试

3．1．3 不同晶相磷酸铈的SEM表征

3．1．4 不同晶相磷酸铈的NH3-TPD测试

3．1．5 不同晶相磷酸铈的NH3-DRIFT表征

3．1．6 不同晶相磷酸铈的XPS表征测试

3．2 不同晶相磷酸铈催化葡萄糖脱水的活性比较

3．3 反应条件的探索

3．3．1 反应温度的探索

3．3．2 反应时间的探索

3．3．3 催化剂用量的探索

3．3．4 溶剂用量的探索

3．4 催化剂的重复利用

3．5 本章小结

第4章 H-Beta分子筛催化葡萄糖脱水制备5-HMF

4．1 催化剂的表征

4．1．1 H-Beta分子筛催化剂的XRD表征

4．1．2 H-Beta分子筛催化剂的NH3-TPD测试

4．1．3 H-Beta分子筛催化剂的吸附吡啶的红外表征

4．2 H-Beta分子筛催化剂催化葡萄糖脱水的活性比较

4．3 反应条件的探索

4．3．1 反应温度的探索

4．3．2 反应时间的探索

4．4 催化剂用量的探索

4．4．1 溶剂用量的探索

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

声明