金属氧化物催化葡萄糖脱水合成5-羟甲基糠醛

摘要

目前能源短缺和环境问题严重影响着世界经济的发展，而生物质资源具备来源丰富，价格低廉，可再生、清洁等众多优点。因此，开发利用生物质资源已成为缓解能源危机的重要途径。生物质能源的利用，主要是通过一定的方法技术将其转化成一些重要的平台化合物或化工产品。其中，5-羟甲基糠醛(5-HMF)就是目前最受关注的一种重要的有机中间体。5-HMF本身含有比较活泼的羟基、醛基和呋喃环，侧链能选择性加氢制备液体燃料二甲基呋喃，侧链基团能被氧化生成呋喃二甲醛和呋喃二甲酸，可用于取代石油中间体制备酯类塑料和苯二酸。5-HMF还能发生酯化、聚合、水解等反应制备其它有价值的化合物，在医药、皮革、食品等众多领域都有广泛用途。因此，研究从生物质出发如何高效的制备5-HMF具备重要的现实意义。
　　本文采用浸渍法制备负载型CrO3/SiO2催化剂，并研究其催化葡萄糖脱水制备5-HMF的性能，通过对反应转化率和收率的研究分析发现:活性组分CrO3负载量为8wt.％时在500℃的马弗炉中焙烧5h，此时制得的催化剂催化性能最好。实验在双相体系中（其中水4.75g，甲基异丁基酮14ml）进行，其中葡萄糖含量0.250g，催化剂CrO3/SiO2的含量为0.10g，同时加入4.75ml二甲基亚砜抑制副反应，为提高5-HMF的选择性，在反应体系中加入6ml异丁醇。反应在170℃条件下加热搅拌反应60min，得到最佳的葡萄糖的转化率为93％，此时5-HMF的收率达51％。
　　采用浸渍法制备WO3-MoO3复合金属氧化物催化剂，我们研究了WO3-MoO3催化葡萄糖脱水合成5-HMF的催化性能，通过对反应转化率和收率的研究分析发现:W和Mo原子的摩尔含量为2∶1，在700℃的马弗炉中焙烧4h所制得的催化剂催化效果最好。实验在双相体系中（其中水2g，甲基异丁基酮6ml）进行，其中葡萄糖含量0.025g，催化剂WO3-MoO3的含量为0.04g，同时加入AlCl3.6H2O0.01g配合催化葡萄糖异构，为提高5-HMF的选择性，在反应体系中加入0.7gNaCl。反应在170℃条件下加热搅拌反应40min，得到最佳的葡萄糖的转化率为98％，此时5-HMF的收率达54％。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 可再生能源

1．1．1 生物质

1．1．2 生物质能

1．1．3 生物质转化技术及研究进展

1．2 5-羟甲基糠醛的合成

1．2．1 5-羟甲基糠醛的性质

1．2．2 5-HMF的检测分析方法

1．2．3 己糖脱水制备5-HMF的反应机理

1．2．4 己糖脱水制备5-HMF的催化剂类型

1．2．5 己糖脱水制备5-HMF的溶剂体系

1．2．6 制备5-HMF中存在的问题

1．3 5-羟甲基糠醛的应用

1．3．1 5-HMF的药理应用

1．3．2 5-HMF制备乙酰丙酸

1．3．3 制备液态烷烃和燃料的中间体

1．3．4 制备2,5-二甲酰基呋喃

1．4 本课题研究的意义

第二章 负载型CrO3／SiO2催化剂的制备及其催化性能研究

2．1 实验试剂及仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 催化剂活性评价

2．2．1 负载型催化剂制备

2．2．2 反应溶液的配制

2．2．3 反应过程

2．3 产物分析

2．3．1 产物分析方法和公式

2．3．2 葡萄糖标准曲线

2．3．3 5-HMF标准曲线

2．4 结果与讨论

2．4．1 催化剂负载量对催化效果的影响

2．4．2 煅烧温度对反应的影响

2．4．3 煅烧时间对反应的影响

2．4．4 反应温度对反应的影响

2．4．5 反应时间对反应的影响

2．4．6 催化剂用量对反应的影响

2．4．7 催化剂的重复使用

2．5 本章小结

第三章 WO3-MoO3催化剂制备及催化性能研究

3．1 实验试剂及仪器

3．1．1 实验试剂

3．1．2 实验仪器

3．2 WO3-MoO3催化剂活性评价

3．2．1 WO3-MoO3复合金属氧化物催化剂制备

3．2．2 催化葡萄糖脱水反应过程

3．3 产物分析

3．4 结果与讨论

3．4．1 W：Mo摩尔比对脱水结果的影响

3．4．2 煅烧温度对脱水结果的影响

3．4．3 煅烧时间对脱水结果的影响

3．4．4 反应温度对脱水结果的影响

3．4．5 反应时间对葡萄糖脱水结果的影响

3．4．6 葡萄糖浓度对脱水结果的影响

3．4．7 AlCl3．6H2O的用量对反应结果的影响

3．4．8 催化剂的使用量对实验结果的影响

3．4．9 WO3-MoO3催化 剂的重复使用

3．5 本章小结

第四章 结论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果

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