高溫液態(tài)水中金屬氯化物催化下葡萄糖分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué).pdf

1、隨著石油、煤炭等礦物質(zhì)資源的日益消耗，尋求替代資源已成為當(dāng)今世界一個(gè)迫切需要解決的課題。生物質(zhì)資源是一種可再生的資源，而且存量豐富，同時(shí)由生物質(zhì)資源出發(fā)可以制備5-羥甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural，5-HMF)、乙酰丙酸(levulinic acid，LA)等一些新的平臺(tái)化合物，所以近年來生物質(zhì)資源的開發(fā)利用備受關(guān)注。
　　 以纖維素的水解產(chǎn)物葡萄糖為模型物質(zhì)，利用小型高壓反應(yīng)釜測(cè)定了180℃下13種金

2、屬氯化物對(duì)葡萄糖和中間產(chǎn)物5－HMF分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，并用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)葡萄糖及5－HMF分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合。結(jié)果表明，不同的金屬氯化物對(duì)葡萄糖和5-HMF的分解反應(yīng)具有不同的催化效果，其中FeCl3、NiCl2和ZnCl2可大大提高葡萄糖分解反應(yīng)的速率，而FeCl3和CuCl2可大大提高5-HMF分解反應(yīng)的速率。在堿金屬、堿土金屬和過渡金屬氯化物中，過渡金屬氯化物對(duì)葡萄糖及5-HMF分解反應(yīng)的催化效果明顯占優(yōu)。對(duì)于第

3、四周期金屬元素，隨著原子量的增加，葡萄糖分解反應(yīng)速率常數(shù)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。金屬氯化物對(duì)葡萄糖和5-HMF分解反應(yīng)的催化活性隨金屬離子pKa值的減小而增強(qiáng)。
　　 在以上考察13種金屬氯化物對(duì)葡萄糖和5-HMF分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)影響的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)氯化銅能夠有效的促進(jìn)葡萄糖的分解，但卻能夠大大的提高5-HMF的分解反應(yīng)的速率，為了進(jìn)一步探究氯化銅對(duì)葡萄糖和5-HMF分解反應(yīng)的催化作用，因而以氯化銅為催化劑，利用小型高壓反應(yīng)釜系統(tǒng)的測(cè)定了不同

4、反應(yīng)溫度(423.15K～463.15K)和不同的氯化銅濃度(0.02M～0.04M)對(duì)葡萄糖分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響，結(jié)果表明反應(yīng)溫度的提高和氯化銅濃度的增加都能促進(jìn)葡萄糖和5-HMF的分解反應(yīng)，提高LA的收率。采用相關(guān)系數(shù)比較法確定了葡萄糖和5-HMF分解反應(yīng)的級(jí)數(shù)均為一級(jí)。利用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)葡萄糖和5-HMF分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，求得葡萄糖分解生成5-HMF的主副反應(yīng)活化能分別為134.65kJ.mol-1、144.1kJ.

5、mol-1，而5-HMF分解生成LA的主副反應(yīng)活化能分別為131.97kJ.mol-1、135.18kJ.mol-1。
　　 固定陽離子為鉀離子，且保持陽離子的摩爾濃度不變，選取了氯、溴、碘、碳酸根、硫酸根、硝酸根、磷酸二氫根等9種陰離子的鉀鹽為催化劑，利用小型高壓反應(yīng)釜對(duì)不同陰離子對(duì)葡萄糖和5-HMF分解反應(yīng)影響進(jìn)行了初步的探索，結(jié)果表明不同陰離子對(duì)葡萄糖和5-HMF的分解反應(yīng)具有不同的催化效果，其中磷酸二氫根和硫酸根離子對(duì)葡