论文部分内容阅读
人类社会的快速发展,致使了化石燃料储量的减少和环境污染的日益严重。开发和利用可再生资源制备化工产品是解决当前资源和能源危机的重要途径。生物质资源是一种来源广泛、绿色无污染、可再生的能源物质。其中5-羟甲基糠醛(5-HMF)被认为是一种重要的生物基化学物质资源,可以从自然界常见的碳水化合物中脱水获得。5-HMF可转化为多种具有高附加值的化合物中间体,如2,5-呋喃二甲酸(FDCA)、5-甲酰基-2-呋喃甲酸(FFCA)和5-羟甲基-2-呋喃甲酸(HMFCA)。本课题首先合成了氧化铜、四氧化三钴、二氧化锰、四氧化三铁、三氧化二铁等纳米级非贵金属氧化物。利用傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等仪器设备对所制得的氧化物进行了表征。利用上述金属氧化物作为催化剂,用次氯酸钠水溶液作为氧化剂对5-HMF催化氧化进行了探讨,发现和Co3O4在该反应体系中具有较高的催化活性。在最优条件下,使用CuO作为催化剂,5-HMF的转化率高达100%,FDCA的产率高达99.21%。使用Co304作为催化剂,5-HMF的转化率高达100%,FDCA的产率高达98.99%。其中CuO的循环稳定性较好,Co304的循环稳定性较差。其次成功制备了负载型催化剂Au@Si02,Au@ZnO,Au@GO,利用能量色散X射线光谱仪(EDX)和TEM等仪器设备对所制得氧化物进行了表征,并将其应用于5-HMF的催化氧化反应。以双氧水为氧化剂,探究得到了最佳的反应条件。在该反应条件下,5-HMF的转化率为100%,HMFCA的产率为98.92%。本文对反应机理进行了研究,利用电子自旋共振波谱仪(EPR)技术成功捕捉到了活性物质羟基自由基(·OH),研究发现,在氧化铜-次氯酸钠反应体系中产生的羟基自由基可以将5-HMF直接高效的氧化成为FDCA,而在Au@Si02-H2O2反应体系中产生的羟基自由基可以将5-HMF高效的氧化成为HMFCA。