双相体系中凹土负载型固体酸 SO42-/In2O3-ATP催化己糖降解5-羟甲基糠醛

摘要

A natural attapulgite (ATP)‐based catalyst, sulfated In2O3‐ATP (SO42−/In2O3‐ATP), was obtained by an impregnation‐calcination method and was used to efficiently and selectively produce the useful platform chemical 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) from hexoses. Some important reaction param‐eters were studied, revealing that Lewis and Brönsted acid sites on SO42−/In2O3‐ATP catalyze glu‐cose isomerization and fructose dehydration. The yields of HMF from glucose and fructose were 40.2%and 46.2%, respectively, using the optimal conditions of 180 °C for 60 min with 10 wt%of solid acid catalyst in a mixture ofγ‐valerolactone‐water (9:1).%凹土(ATP)有“千用之土、万土之王”之美誉,我国江苏省盱眙凹土矿资源量占世界储量的49%和我国储量的74%. ATP是一种天然链层状结构的含水镁铝硅酸盐黏土矿物,其分子式为(Mg,Al)4(Si)8(O,OH,H2O)26·nH2O. ATP具有一定酸性,层结构中的结构羟基可形成 Brönsted酸位点,暴露的 Al3+离子可形成 Lewis酸位点. ATP经酸化或离子交换后作为催化剂直接应用较少.由于 ATP具有较大的比表面积和较好的热稳定性,是良好的催化剂载体,因此多将 ATP作为载体负载催化活性组分制备负载型催化剂. ；5-羟甲基糠醛(HMF)是由生物质得到的十二种平台化合物之一,是非常重要的中间体,可用于生产呋喃类衍生物,制备精细化学品、液体燃料和多种聚合物,还可生产5-羟基-4-酮-2-戊烯酸和乙酰丙酸.γ-戊内酯(GVL)是一种乙酰丙酸的加氢产物,可以代替乙醇作为汽油添加剂,也可用来生产丁烯同分异构体等化学品.本文以天然 ATP为载体,通过浸渍-焙烧法设计和制备了兼具 Brönsted酸和 Lewis酸的新型固体酸催化剂 SO42−/In2O3-ATP.该催化剂可催化己糖直接转化为 HMF. ATP固有的微观结构和高比表面积使反应选择性提高.同时,结合固体酸活性位表征技术探索了己糖转化历程和 HMF生成机制.结果表明, In(III)的引入使 ATP催化性能更加优越.固体酸的 Lewis酸位和 Brönsted酸位能分别有效催化葡萄糖异构和果糖脱水.优化的最佳反应条件为： GVL：H2O双相体系比例9：1,反应温度180oC,反应时间60 min.底物为葡萄糖时, HMF最高收率为40%. SO42−/In2O3-ATP固体酸比纯 ATP酸性更强,可重复使用4次,且不腐蚀设备,后处理简单,绿色环保.