金属锡/锗基固体酸催化果糖脱水合成5-羟甲基糠醛的研究

摘要

随着化石资源的不断枯竭以及环境污染问题的日益严重，使用来源丰富且可再生的生物质资源为原料生产化学品已经在化学化工领域成为了研究的热点。果糖作为常见的糖类生物质产品，经催化脱水可生成5-羟甲基糠醛(5-HMF)，进而转变为聚酯单体、添加剂或医药中间体等。因此，催化果糖选择性脱水合成5-HMF具有重要的科学意义和应用价值。
　　论文中，通过共沉淀法制备了四种金属锡基固体酸DZ-1、DZ-2、DZ-05和DZ-03，并应用到催化果糖脱水的反应过程，研究发现，采用DZ-05作催化剂时，催化效果最好;进一步通过对DZ-05催化剂未烧、烧、硫酸化的研究，确定出硫酸化后的SDZ-05催化剂的效果突出，例如在DMSO溶剂中120℃，2.5h时HMF的产率为75％;接着对反应温度、反应时间的影响进行了考察，确定最佳反应条件是100min、150℃，从DZ-05和SDZ-05在重复使用的研究，可以看出该催化剂是一种性能比较稳定的催化剂。针对催化剂的物理性质也进行了研究，分别使用BET、XRD、SEM、TEM和TG等技术表征了催化剂性能和特点。
　　另外，针对金属锗基固体酸在脱水反应中的催化活性我们进行的研究。结果发现，如果采用GeO2和Ge3N4分别作催化剂的时候，在DMSO溶剂中催化果糖生成HMF的产率分别是48％和42％;不过，对蔗糖的催化效果很差。随后研究了不同时间和温度下两种物质组合时对催化反应的影响;结果表明，当加GeO2-Ge3N4(1∶1)的量到反应体系中时，大大提高了果糖脱水的效率，在DMSO中5-HMF的产率达到了61％，对于蔗糖也有较大的提高能得到35％的产率。最后，还发现了用硫酸化的GeO2和Ge3N4做催化剂时，催化果糖脱水反应可以使得产物5-HMF的收率提高到66％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 生物质和生物质能的分布和利用

1．3 生物质能的转化技术

1．4 5-HMF的简介

1．5 5-羟甲基糠醛的衍生物

1．5．1 2，5-呋喃二甲酸

1．5．2 2，5-呋喃二甲醛

1．5．3 乙酰丙酸

1．6 5-羟甲基糠醛(HMF)的合成

1．6．1 反应原料的选择

1．6．2 反应溶剂的选择

1．6．3 反应催化剂的选择

1．6．4 固体酸催化剂的制备方法

1．6．5 己糖转化为5-HMF的化学反应机理

1．7 选题意义

1．8 研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验仪器

2．3 实验装置及步骤

2．3．1 实验装置

2．3．2 实验步骤

2．3．3 5-HMF产率的测定

2．4 产物的分析方法

2．4．1 气质联用法定性分析果糖催化脱水产物

2．4．2 果糖催化脱水产物的液相色谱分析

2．4．3 产品5-HMF的分离方法

2．4．4 5-HMF的1HNMR and 13CNMR spectra of HMF(DMSO-d6)

第三章 以Sn-Zr体系催化碳水化合物制备5-HMF的研究

3．1 SnO2-ZrO2催化剂的制备

3．2 关于Sn-Zr催化剂性能的评价

3．2．1 BET

3．2．2 XRD

3．2．3 TG

3．2．4 SEM

3．2．5 TEM

3．3 以Sn-Zr体系催化碳水化合物制备5-HMF的研究

3．3．1 不同Sn基多相催化剂的性能评价

3．3．2 应时间对于HMF的产率的影响

3．3．3 反应温度的影响

3．3．4 催化剂的回收

3．4 结论

第四章 GeO2体系催化碳水化合物制备5-HMF的研究

4．1 SO42-催化剂的制备

4．2 以GeO2体系催化碳水化合物制备5-HMF的研究

4．2．1 Ge(IV)催化剂对果糖和蔗糖的脱水反应

4．2．2 反应温度对果糖降解的影响

4．2．3 反应时间对果糖脱水的影响

4．2．4 GeO2和Ge3N4双催化剂对糖类脱水的影响

4．2．5 用硫酸化的GeO2催化剂催化糖的脱水反应

4．3 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢