Nb--SBA-15分子筛催化碳水化合物转化为HMF、乳酸乙酯的研究

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当今世界,经济迅速发展,使得化石类资源作为一种不可再生资源正面临着枯竭的危机。因此,开发新能源代替化石类资源具有非常重大的意义。生物质是一种具有巨大前景的可再生资源,可以通过化学手段,转化为许多具有高附加值的平台类化合物或者高分子材料单体。近年来,由碳水化合物转化生成5-羟甲基糠醛和乳酸乙酯这两种平台化合物的研究也越来越火热。  1.以酒石酸铌为铌源,通过水热法合成出不同Si/Nb比例的Nb-SBA-15催化剂,并应用于THF/H2O-NaCl的双相体系中催化葡萄糖转化为HMF。在温和条件下,HMF的收率最高可达61.8%。通过对催化剂的一系列表征,发现该催化剂具有高的比表面积,适宜的介孔结构。通过紫外和吡啶红外表征对催化剂的酸性进行了研究,发现Lewis酸主要来自于骨架内的铌原子与孤立的NbO4四面体物种,并且孤立的NbO4四面体物种因铌氧间的电荷转移而形成弱的Lewis酸性位,这种弱Lewis酸性位有助于HMF的生成。研究了酸性质对葡萄糖催化转化为HMF反应的影响,发现Lewis酸量、Br(o)nsted/Lewis比例、L*/L(L*:强Lewis酸)共同影响着HMF的选择性。最后考察了该催化剂的循环稳定性,发现其具有优异的稳定性。  2.将上述的Nb-SBA-15催化剂应用于乙醇溶液中葡萄糖催化转化为乳酸乙酯。研究表明,乳酸乙酯的产率普遍很低,这归结于反应过程中副产物过多,包括:HMF、乙基葡萄糖苷等。一方面,将反应溶剂改变为乙醇/四氢呋喃的二元体系,这样能够抑制HMF和乙基葡萄糖苷的生成,乳酸乙酯的产率最高可提升5%。另一方面,使用氧氯化锆对上述催化剂进行改性,通过水热法合成出不同Nb/Zr比例的Nb/Zr-SBA-15催化剂应用于乙醇/THF二元体系中催化葡萄糖生成乳酸乙酯的反应中。吡啶红外酸性表征发现,锆元素的改性提升了催化剂上弱的Lewis酸酸量,并且更高的弱Lewis酸量和酸比例会给出更高的乳酸乙酯的收率,最高可达到44.0%。最终考察了Nb/Zr-SBA-15-1催化剂的循环稳定性,套用5次后的活性降低不到7%。
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