γ-Al2O3納米纖維負(fù)載型催化劑催化單糖轉(zhuǎn)化制備糠醛衍生物的研究.pdf

1、5-羥甲基糠醛（5-HMF）和糠醛作為重要的平臺(tái)化合物，經(jīng)過(guò)發(fā)生加氫、水解、鹵化、酯化等一系列反應(yīng)可以合成多種化學(xué)中間體，廣泛用于化工及燃料等領(lǐng)域。5-HMF和糠醛主要來(lái)源于多糖、低聚糖及單糖的轉(zhuǎn)化，糖在自然界中廣泛存在，如葡萄糖即是生物質(zhì)的主要成分。單糖（如葡萄糖、果糖、木糖等）通常在溶劑中經(jīng)催化劑作用脫水生成5-HMF和糠醛。水雖然是環(huán)境友好型、價(jià)格便宜的首選溶劑，但水的大量存在會(huì)促進(jìn)產(chǎn)物的再水合生成乙酰丙酸和甲酸等副產(chǎn)物，從而影響

2、了產(chǎn)物產(chǎn)率，故而研究者們將目光集中于非水溶劑體系的研究，非水溶劑可以有效地抑制產(chǎn)物的再水合，改善5-HMF和糠醛產(chǎn)率。催化劑在單糖轉(zhuǎn)化為5-HMF和糠醛過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用。催化劑包括均相和異相兩大類，均相催化劑用量較大且不易于產(chǎn)物分離，因此無(wú)法回收利用，造成資源浪費(fèi)。相比較而言，異相催化劑固體催化劑因其容易與反應(yīng)液分離，可以回收重復(fù)利用，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染而倍受青睞。
　　經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，葡萄糖合成5-HMF過(guò)程主要分兩步，首先

3、葡萄糖異構(gòu)化生成果糖，在此過(guò)程中Lewis酸可以促進(jìn)葡萄糖異構(gòu)化為果糖；其次果糖脫水生成5-HMF，在次過(guò)程中Br?nsted酸有著顯著的促進(jìn)作用，但是Br?nsted酸卻不利于葡萄糖異構(gòu)化成果糖。因此對(duì)葡萄糖生成5-HMF過(guò)程具有優(yōu)越的催化性能的異相催化劑需同時(shí)含有Lewis酸和Br?nsted酸且具有合適的比例，這也是目前單糖轉(zhuǎn)化催化劑的一個(gè)挑戰(zhàn)。
　　本研究擬用γ-Al2O3納米纖維作為基體負(fù)載上鈮、鎢、鋯等元素的氧化物作催

4、化劑，通過(guò)改變負(fù)載氧化物的量而改變Lewis酸和Br?nsted酸的比例，并用XRD，SEM，TEM及BET等手段對(duì)催化劑進(jìn)行了表征，在二甲基亞砜（DMSO）中催化果糖、葡萄糖和木糖脫水，利用液相色譜法結(jié)合內(nèi)標(biāo)法測(cè)定產(chǎn)物的產(chǎn)率。150℃、5h下，分別用Nb2O5-Al2O3、WO3-Al2O3、ZrO2-Al2O3催化果糖制備5-HMF，負(fù)載量依次為40 wt％、1 wt%和40 wt%時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到最高為78.54%、78.74%和75

5、.53%；150℃、4 h下催化葡萄糖生成5-HMF，負(fù)載量依次為1 wt%、50 wt%和40 wt%時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到最高為55.93%、51.93%和24.86%；150℃、6 h下催化木糖得到的糠醛產(chǎn)率，負(fù)載量依次為1 wt%、50 wt%和5 wt%時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到最高為56.07%、55.90%和53.42%。此外，還在Al2O3為基體上分別負(fù)載了B2O3、V2O5、Fe2O3等負(fù)載型催化劑，并通過(guò)催化果糖、葡萄糖和木糖脫水反應(yīng)驗(yàn)證了