非均相催化剂催化氧化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲醛

摘要

生物质能源因其来源广泛、价格低廉有望成为部分替代化石能源的可再生清洁能源。其中，2,5-呋喃二甲醛作为重要平台化合物5-羟甲基糠醛的氧化产物，在医药、高分子材料、精细化学品生产中得到广泛应用。因此，由生物质制备2.5-呋喃二甲醛受到学术和工业界的关注。 本文利用共沉淀法制备了碳酸锰催化剂，并通过高温煅烧使催化剂活化，用于催化氧化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲醛。首先，通过SEM、XRD、XPS、TGA和N2吸附等手段对碳酸锰催化剂的结构和形貌进行表征。同时，考察了温度、时间、催化剂用量、溶剂等反应参数对催化效果的影响。实验结果表明：以100 mg5-羟甲基糠醛为原料，催化剂用量为50 mg，在4 mL二甲基亚砜中，反应温度为120℃，催化6 h后，2,5-呋喃二甲醛的收率可达86.9%。最后，将使用后的催化剂进行回收，研究了催化剂的循环使用效果。实验结果证明：循环使用5次后，催化活性有微弱下降，但催化效果仍然良好。 本文在常压、较低温度下通过一锅法将磷钨酸（HPMo）封装到金属有机骨架（MIL-100(Fe)）中，将均相的磷钨酸变成比表面积较大的非均相催化剂，并用于氧化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲醛。利用XPS、XRD、红外、N2吸附等手段对催化剂进行表征。实验结果表明：磷钼酸以客体分子的形式成功封装在金属有机骨架结构中。同时，考察了反应时间、温度、催化剂用量、溶剂对5-羟甲基糠醛氧化反应的影响规律。研究结果表明：反应物和催化剂用量为10:3，在4 mL二甲基亚砜中，120℃下，反应12 h后，2,5-呋喃二甲醛的收率达到79.2%。最后，将使用后的催化剂进行回收，研究了催化剂的循环使用效果，结果表明：循环使用5次后，催化活性没有下降，HPMo@MIL-100(Fe)表现出很好的催化稳定性。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1研究背景

1.2生物质能简介

1.2.1生物质能

1.2.2我国对生物质能的利用现状

1.3 5-羟甲基糠醛下游产品的开发与利用

1.3.1 5-羟甲基糠醛加氢产物及研究进展

1.3.2 5-羟甲基糠醛羟醛缩合产物及其研究进展

1.3.3 5-羟甲基糠醛氧化产物及其研究进展

1.4多金属盐及其应用

1.5金属有机框架及其应用

1.6研究目标和主要研究内容

第2章 碳酸锰催化氧化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲醛

2.1引言

2.2.1实验材料

2.2.2实验仪器

2.2.3表征仪器

2.2.4催化剂的制备

2.2.5反应条件和样品分析

2.2.6 5-羟甲基糠醛以及氧化产物标准曲线的测定

2.2.7催化剂的回收

2.2.8 5-羟甲基糠醛和氧化产物计算方法

2.3结果与讨论

2.3.1电镜（SEM）

2.3.2 X射线衍分析（XRD）

2.3.3 X射线光电子谱分析（XPS）

2.3.4热重分析（TGA）

2.3.5不同反应条件对 5-羟甲基糠醛催化氧化制备 2,5-呋喃二甲醛的影响

2.4小结

第3章 HPMo@MIL-100(Fe)催化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲醛

3.1引言

3.2实验材料及方法

3.2.1实验材料

3.2.2实验仪器

3.2.3表征仪器

3.2.4催化剂制备方法

3.2.5反应条件和样品分析

3.2.6 5-羟甲基糠醛以及氧化产物标准曲线的测定

3.2.7催化剂回收

3.2.8 5-羟甲基糠醛和氧化产物计算方法

3.3结果与讨论

3.3.1 X射线衍分析（XRD）

3.3.2 X射线光电子谱分析（XPS）

3.3.3傅里叶变换红外光谱（FT-IR）

3.3.4比表面积测定及元素含量测定

3.3.5不同反应条件对 5-羟甲基糠醛催化氧化制备 2,5-呋喃二甲醛的影响

3.4本章小结

第4章 结论与展望

4.1主要内容和结论

4.1.1碳酸锰催化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲醛

4.1.2 HPMo@MIL-100(Fe)催化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲醛

4.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢