水滑石固体碱催化大豆磷脂酯交换反应制备甘油磷脂酰胆碱的研究

摘要

甘油磷脂酰胆碱（简称GPC）是动植物体内存在的一种代谢产物，对老年痴呆症和精神抑郁症有很好的预防和治疗效果，在食品、保健品等领域具有广泛用途。本文以大豆磷脂（磷脂酰胆碱，简称PC）为原料，研究水滑石类固体碱催化剂催化酯交换反应制备GPC的工艺过程。考察催化剂制备条件对催化活性、稳定性及反应结果的影响，为实际应用积累基础数据。
　　采用Hammett滴定、XRD、IR、DSC、SEM对共沉淀法和尿素法制备的镁铝水滑石固体碱催化剂T-LDO和U-LDO进行表征，结果表明:当Mg/Al摩尔比为3，煅烧温度为773K时，U-LDO的催化活性最好。研究表明U-LDO催化体系的最佳酯交换反应条件为:PC浓度10.5mmol/L、反应温度65℃、催化剂用量9％、搅拌速度350rmp、反应时间280min，PC转化率和GPC收率分别达到94.4％和92.3％。U-LDO的稳定性研究结果表明:U-LDO最多可以使用四次，失活后，在773K下煅烧，其活性又可以恢复。
　　通过BET、SEM、XRD、TGA、FT-IR对共沉淀法制备的MgAlFe水滑石固体碱催化剂进行表征，结果表明:当Mg/Al/Fe的摩尔比为15∶8∶1、煅烧温度为773K时，MgAlFe15的催化活性、稳定性最好。采用MgAlFe15的催化体系对反应工艺优化的结果表明:PC的浓度为10.5mmol/L、反应温度60℃、催化剂用量7％、搅拌速度350rmp、反应时间120min，PC转化率和GPC收率分别达到97.4％和93.3％。MgAlFe15的失活与再生的研究结果表明:MgAlFe15容易吸收空气中的H2O和CO2而失活，对其在773K下煅烧后，活性又得到了恢复。
　　对水滑石U-RLDO固体碱催化磷脂酰胆碱的酯交换反应动力学进行研究，通过实验数据回归，结果表明反应符合一级动力学模型。整个过程分为传质速率控制阶段和反应速率控制阶段。结合阿伦尼乌斯方程及实验数据回归得出在65℃下，传质速率常数为0.00408min-1，反应速率常数为0.04575min-1，反应速率控制阶段的反应活化能E为71.5kJ/mol。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 甘油磷脂酰胆碱的简述

1．1．1 GPC的物理性质与化学性质

1．1．2 GPC的医药应用价值

1．2 GPC的制备方法

1．2．1 生物提取法

1．2．2 化学合成法

1．2．3 酯交换法

1．3 酯交换反应的概述

1．4 酯交换反应催化剂

1．4．1 均相催化剂

1．4．2 非均相催化剂

1．5 水滑石催化剂的简介

1．5．1 LDHs的性质

1．5．2 LDHs的催化用途

1．6 本论文的研究意义和主要内容

1．6．1 研究意义

1．6．2 研究内容

第二章 实验方法

2．1 主要材料与仪器

2．1．1 主要试剂与材料

2．1．2 设备与仪器

2．2 水滑石固体碱的制备与酯交换反应

2．2．1 催化剂的制备

2．2．2 酯交换反应

2．3 反应物和产物分析

2．3．1 GPC的定性分析

2．3．2 产物GPC和反应物PC的定量分析

2．3．3 固体碱催化剂的碱量

第三章 煅烧水滑石催化大豆磷脂酯交换反应的研究

3．1 水滑石固体碱催化剂的制备工艺优化

3．1．1 Mg、Al摩尔比对水滑石固体碱的碱强度影响

3．1．2 煅烧温度对水滑石固体碱碱强度的影响

3．1．3 Mg／Al摩尔比对水滑石固体碱碱量的影响

3．1．4 煅烧温度对水滑石固体碱碱量影响

3．1．5 水滑石的Mg／Al摩尔比对反应活性的影响

3．1．6 水滑石的煅烧温度对反应活性的影响

3．1．7 水滑石催化剂U-LDO在溶液中的稳定性研究

3．2 水滑石固体碱催化剂的表征

3．2．1 水滑石的XRD分析

3．2．2 水滑石的IR分析

3．2．3 水滑石的DSC分析

3．2．4 水滑石的SEM分析

3．3 煅烧水滑石催化磷脂酰胆碱与甲醇反应的工艺研究

3．3．1 大豆磷脂与甲醇发生反应的方程式

3．3．2 酯交换反应时间的确定

3．3．3 反应温度对水滑石催化PC酯交换反应的影响

3．3．4 水滑石固体碱的量对酯交换反应的影响

3．3．5 搅拌速度对水滑石催化PC酯交换反应的影响

3．3．6 反应物PC的浓度对水滑石催化大豆磷脂酯交换反应的影响

3．3．7 催化剂稳定性试验研究

3．4．2 固体碱U-RLDO在空气中失活后活化条件的研究

3．5 本章小结

第四章 含有过渡金属离子的水滑石催化大豆磷脂酯交换反应的研究

4．1 催化剂的制备工艺优化

4．1．1 催化剂催化活性的研究

4．1．2 催化剂的稳定性研究

4．1．3 催化剂在溶液中的稳定性研究

4．2 催化剂的表征

4．2．1 水滑石固体碱催化剂的碱量

4．2．2 水滑石固体碱催化剂的SEM分析

4．2．3 水滑石固体碱催化剂的XRD分析

4．2．4 水滑石固体碱催化剂的TGA分析

4．2．5 水滑石固体碱催化剂的FT-IR分析

4．3 煅烧MgAlFe型水滑石催化酯交换反应的工艺条件研究

4．3．1 反应时间的确定

4．3．2 反应温度对催化PC酯交换反应的影响

4．3．3 催化剂的量对催化PC酯交换反应的影响

4．3．4 搅拌速度对催化PC酯交换反应的影响

4．3．5 反应物浓度对催化PC酯交换反应的影响

4．4 MgAlFe 15型催化剂的失活与再生研究

4．4．1 固体碱MgAlFe 15在空气中的失活实验研究

4．4．2 固体碱MgAlFe 15催化剂活化研究

4．5 本章小结

第五章 水滑石固体碱催化大豆磷脂酯交换反应动力学研究

5．1 水滑石U-RLDO固体碱催化大豆磷脂酯交换的反应机理

5．2 建立非均相催化反应模型

5．3 模型拟合

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢