高温液态水中有机酸对果糖分解反应动力学的影响

摘要

乙酰丙酸是生物质资源直接水解的主要产物,可从生物质资源廉价、大规模制备。同时它具有良好的反应活性,通过成盐、酯化、加氢、缩合、氧化和卤化等化学反应,可制得各种各样有用的化合物和新型高分子材料,因此乙酰丙酸有望成为一个基于生物质资源的新平台化合物。作为“乙酰丙酸绿色高效制备方法研究”这一课是的一部分,本文围绕“果糖→5-HMF→乙酰丙酸”这一连续反应,对高温液态水中有机酸催化果糖分解反应动力学、5-羟甲基糠醛无催化水解反应动力学、有机酸催化5-羟甲基糠醛水解反应动力学和乙酰丙酸稳定性进行了初步的研究。研究了压力10MPa下、温度453.15～493.15K范围内高温液态水中有机酸(甲酸、乙酸、乙酰丙酸)对果糖分解反应动力学的影响。实验结果表明,在有机酸存在下,果糖分解反应速度大大加快,特别是甲酸。对不同温度、有机酸和反应停留时间对果糖分解的主要产物——5-羟甲基糠醛(5-HMF)和乙酰丙酸(LA)收率的影响进行了考察。果糖分解反应主要由果糖分解为中间产物5-HMF和5-HMF进一步分解成LA两步组成,乙酸的加入加快了第一步反应速度,而对第二步反应无明显影响,因而中间产物5-HMF收率可高达83％;甲酸的加入可同时加快果糖分解为中间产物5-HMF和5-HMF进一步分解为LA的速度,因此LA的收率得到了较大的提高。对甲酸加入量对果糖分解反应动力学的影响进行考查,甲酸加入量越大,果糖分解反应就越快,LA的收率就越高。在压力10MPa、温度453.15～493.15K和反应停留时间在几分至几十分钟范围内,利用间歇式高温高压反应装置研究了无酸、甲酸和乙酸三种情况下高温液态水中5-羟甲基糠醛分解反应动力学。实验结果表明:有机酸的加入可加快5-羟甲基糠醛分解反应的速度,产物乙酰丙酸的收率也相应增加,其顺序为甲酸＞乙酸＞无酸。匆浙江大学硕士学位论文高温液态水中有机酸对果糖分解反应动力学的影响在压力10MPa、温度533.15K一573.15K和反应停留时间在几小时至二十小时范围内,利用间歇式高温高压反应装置研究了高温液体水中乙酞丙酸稳定性。实验结果表明:在此条件下1小时内,乙酞丙酸相对比较稳定,较长反应时间下乙酞丙酸转化率较高,在反应温度573.1 SK时,乙酞丙酸反应20h,其转化率约为35%。通过以上研究表明,有机酸的加入可以增加高温液态水的酸强度,促进果糖一5一HMF一乙酞丙酸这一反应的进行,提高目标产物的收率。但是目前研究仅停留在生物质资源在高温液态水中分解动力学和机理的研究,对于如何绿色高效制备乙酞丙酸,还需要持续深入的研究。

目录

摘要

Abstract

第1章 引言

第2章 文献综述

2．1 前言

2．2 乙酰丙酸物性

2．3 乙酰丙酸制备方法的研究进展

2．3．1 糠醇催化水解法

2．3．2 生物质直接水解法

2．3．3 两种方法的比较

2．3．4 制备方法存在问题及今后发展方向

2．4 乙酰丙酸化学与应用

2．4．1 乙酰丙酸化学

2．4．2 乙酰丙酸应用

2．4．3 乙酰丙酸化学与应用发展方向

第3章 高温液态水中有机酸对果糖分解反应动力学的影响

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验装置

3．2．3 分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同有机酸对果糖分解反应动力学的影响

3．3．2 不同甲酸加入量对果糖分解反应动力学的影响

3．4 结论

第4章 高温液态水中5-羟甲基糠醛分解反应动力学研究

4．1 前言

4．2 装置与分析

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验装置

4．2．3 分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 分解产物

4．3．2 温度和反应保留时间对5-羟甲基糠醛转化率的影响

4．3．3 产物分布

4．3．4 讨论

4．4 结论

第5章 高温液态水中有机酸对5-羟甲基糠醛分解反应动力学的影响

5．1 前言

5．2 装置与分析

5．2．1 实验试剂

5．2．2 实验装置

5．2．3 分析

5．3 结果与讨论

5．3．1 分解产物

5．3．2 不同有机酸对5-羟甲基糠醛转化率的影响

5．3．3 产物分布

5．3．4 讨论

5．4 结论

第6章 高温液态水中乙酰丙酸稳定性研究

6．1 前言

6．2 装置与分析

6．2．1 实验试剂

6．2．2 实验装置

6．2．3 分析

6．3 结果与讨论

6．3．1 温度和反应保留时间对乙酰丙酸转化率的影响

6．3．2 讨论

6．4 结论

第7章 总结和建议

7．1 实验总结

7．2 建议

参考文献

硕士就读期间撰写和发表的论文

致谢