论文部分内容阅读
当今社会经济的迅速发展以及人口规模的不断增长，使得化石能源的开采利用量大大加剧，这不仅引发了全球性能源危机，同时也导致了环境污染和生态破坏等一系列问题。生物质能源是一种储量丰富的可再生绿色能源，采用高效催化方法可将生物质转化为一系列精细化学品和生物燃料，作为不可再生化石能源的替代品以满足社会发展的需求。5-羟甲基糠醛(HMF)和糠醛是重要的生物质平台化合物，由生物质的衍生物葡萄糖和戊糖脱水而来，是制取生物燃料和其它精细化工品的重要原料，具有广泛的应用价值和市场前景。 本文采用磷酸锆固体酸催化剂，在两相反应体系中催化葡萄糖脱水反应制备5-羟甲基糠醛。对温度、时间、浓度等反应条件进行了优化，在160℃下四氢呋喃和饱和食盐水组成的两相体系中反应3小时，葡萄糖完全转化，HMF产率可以达到56.8％。催化剂表征结果表明，该催化剂呈无定形结构，比表面积为110.4m2·g-1，表面同时含有Br(Φ)nsted酸和Lewis酸两种不同酸性位。其中，Lewis酸促使底物葡萄糖异构化为果糖，Br(Φ)nsted酸则作用于果糖生成HMF。该催化剂具有良好的循环稳定性，即使使用六次仍能保持较好的催化活性。 对不同固体酸催化剂催化木糖脱水制备糠醛的反应动力学进行了基础研究。三种固体酸催化剂表面均同时含有Br(Φ)nsted酸和Lewis酸两种不同酸性位，因此我们以催化剂表面总酸量为标准，在不同温度下，进行了不同时间段的木糖脱水反应。由反应结果得知，在低温段木糖脱水反应速率较慢，随着温度的提高反应速率逐渐加快。通过计算，我们确定木糖脱水反应是一级反应，当以ZrPO，NbOPO4和Sn-Mont分别为催化剂时，木糖脱水反应的活化能分别为94.57kJ·mo1-1，101.04kJ·mol-1和68.20kJ·mol-1。