5-羟甲基糠醛(5-HMF)氧化制备2,5-呋喃二甲酸(FDCA)

摘要

生物质资源具有来源丰富，价格低廉，绿色环保，可再生性等优点，是理想的化石资源替代品。5-羟甲基糠醛(5-HMF)和2，5-呋喃二甲酸(FDCA)是重要的生物质平台化合物，且FDCA是5-HMF的氧化产物，是生产聚合物、精细化学品、医药的重要中间体。
　　本课题以碱性水溶液为溶剂，双氧水(H2O2)为氧化剂，采用钨钼酸季铵盐为催化剂，对5-HMF进行催化氧化。利用FT-IR、XRD和X射线单晶衍射仪等对制备的催化剂进行表征，催化剂结构差别是造成催化活性差异的主要原因。通过高效液相色谱(HPLC)利用标准加入法对催化产物进行分析，发现5-HMF的氧化的主产物是FDCA，副产物只有5-羟甲基糠酸(HMFCA)和少量呋喃环开环化合物。通过对催化氧化工艺优化，确定了最佳的反应条件为:100℃，2h，催化剂和5-HMF的质量比为1∶10，NaOH和5-HMF的摩尔比是2∶1。该条件下5-HMF转化率高达到98.8％，FDCA选择性为99.3％。
　　为解决催化剂回收问题，本课题以氧化石墨烯、锐钛矿TiO2纳米管、γ-Al2O3纳米纤维、多孔SiO2为载体，以钼酸铵和仲钨酸铵为催化剂活性位前驱体，制备了MoO3和WO3负载型催化剂。反应研究表明，以γ-Al2O3为载体制备的催化剂，在5-HMF转化和FDCA选择性上均表现出了极佳的催化活性。MoO3和WO3最佳负载量均为20％，此时，5-HMF最高转化率分别为99.1％和99.5％，FDCA选择性分别为91.4％和96.5％。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 生物质的简介

1．2 5-HMF的简介

1．3 FDCA的简介

1．3．1 FDCA的结构与应用

1．3．2 FDCA的合成方法

1．4 多金属氧酸盐催化剂的介绍

1．4．1 多金属氧酸盐发展概况

1．4．2 多金属氧酸盐的类型

1．4．3 多金属氧酸盐的应用

1．5 5-HMF氧化剂的简介

1．6 本课题的研究目的、意义及思路

1．6．1 本课题的研究目的、意义

1．6．2 本课题的研究思路

第二章 实验部分

2．1 实验药品与器材

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验器材

2．2 催化剂的制备

2．2．1 钨钼酸季铵盐催化剂的制备

2．2．2 负载型钨钼酸盐催化剂的制备

2．3 催化氧化反应

2．4 FDCA的表征方法

2．5 制备的催化剂的测试手段

2．5．1 X-射线衍射分析(XRD)

2．5．2 红外谱图分析(FT-IR)

2．5．3 X-射线单晶衍射分析(SXRD)

2．5．4 紫外谱图分析(UV)

2．5．5 高效液相色谱(HPLC)

2．5．6 X-射线光电子能谱分析(XPS)

2．5．7 透射电镜(TEM)

第三章 钨钼酸季铵盐催化剂催化氧化5-HMF制备FDCA

3．1 催化剂的XRD表征

3．2 催化剂红外(FT-IR)表征

3．2．1 钼酸季铵盐催化剂的(FT-IR)表征

3．2．2 钨酸季铵盐催化剂的(FT-IR)表征

3．2．3 [EMIM]4Mo8O26单晶衍射分析

3．3 [EMIM]4Mo8O26催化5-HMF氧化现象

3．4 不同钨钼酸季铵盐催化氧化5-HMF

3．4．1 5-HMF氧化产物的机理分析

3．5 不同温度对5-HMF催化氧化的影响

3．6 不同反应时间对5-HMF催化氧化的影响

3．7 不同用量的H2O2对5-HMF催化氧化的影响

3．8 催化剂与5-HMF用量的选择

3．9 催化剂的循环利用

3．10 本章小结

第四章 负载型钨钼酸催化剂催化5-HMF制备FDCA

4．1 负载型钨钼酸盐催化剂的研究意义

4．2 催化剂及催化产物的表征与分析

4．2．1 γ-Al2O3负载型催化剂

4．2．2 TiO2负载型催化剂

4．2．3 SiO2负载型催化剂

4．2．4 氧化石墨烯负载型催化剂

4．3 不同负载量的γ-Al2O3负载型催化剂

4．3．1 不同负载量的γ-Al2O3负载型催化剂催化5-HMF产物的分析

4．3．2 不同负载量的γ-Al2O3负载型催化剂

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢