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近十年来,石油储备的减少导致经济、政治和环境等方面的问题日益突出,迫切需要寻找新的可再生能源来缓解能源危机。因而,利用生物质等可再生资源来生产燃料和化学品,逐步替代化石燃料成为研究热点。5-羟甲基糠醛(HMF)是生物质中糖类化合物的脱水产物,并且以HMF为原料生产大宗化学品和燃料具有巨大潜力。因此,实现基于生物质的糖类转化为HMF不仅具有理论意义,也具有重要的实用价值。本课题的研究内容及成果包括以下几个部分:(1)在[AMIM]Cl/DMF的二元溶剂体系中使用双金属氯化物作为催化剂,直接转化半乳糖制备5-羟甲基糠醛。对多种金属氯化物进行高通量筛选,发现Cr Cl3·6H2O和Mn Cl2以3:1的摩尔比组合时具有最佳催化效果。对催化转化半乳糖制备HMF的最佳反应条件进行考察,发现催化剂用量为0.08 mmol时,110℃下反应4 h,得到HMF产率最高可达35%。此外,我们的工作提出了双金属氯化物Cr Cl3·6H2O和Mn Cl2在半乳糖异构化为塔格糖的过程中发挥着协同效应。同时发现异构化反应和塔格糖脱水为HMF都是比较困难的,从而影响半乳糖转化为HMF的产率。该体系在使用简便易得催化剂的基础上,系统地研究了半乳糖制备HMF的过程。(2)通过蒸发诱导自组装方法,使用十二烷基硫酸钠(SDS)作为模板剂,合成了一系列孔径约为5.0 nm具有高结晶度的介孔自组装纳米氧化锆(MAZN)和介孔自组装硫酸化纳米氧化锆(MASZN)。并对制备的材料进行X射线衍射(XRD),红外光谱(FT-IR),NH3程序升温脱附(NH3-TPD),吡啶吸附红外光谱,场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),透射电子显微镜(TEM),N2吸附和热重分析(TG)等分析检测。TEM的结果显示,该材料是由预先制备的Zr O2纳米颗粒组合构建而成,粒径大小为7.0-8.0 nm。而N2吸附分析表明材料MAZN和MASZN具有较高的比表面积。傅立叶红外光谱和吡啶红外证实非均相催化剂MASZN同时具有Lewis-Br?nsted两种酸性位点。催化剂MASZN-3的表面总酸密度为0.165 mmol/g。(3)以DMSO为溶剂,MAZN和MASZN为催化剂,对果糖脱水制备HMF进行研究。考察了催化剂的类型和用量,反应温度,反应时间和反应溶剂对脱水反应的影响。结果表明,在最佳的制备和反应条件下,以DMSO为溶剂,MASZN-3(10 mg)为催化剂,110℃反应120 min,HMF收率和果糖转化率分别可以达到91.9%和98.5%。MASZN-3经过四次循环利用后,催化剂的活性几乎没有任何损失。最后,动力学研究表明,MASZN-3催化转化果糖制备HMF遵循准一级反应动力学,在该研究条件下表观活化能为54.5 k J/mol。MASZN具有易合成,低成本,低毒等优良性质,使其成为制备生物质基化学品最具潜力的催化剂之一。(4)调查研究催化剂MAZN和MASZN在葡萄糖降解反应中的催化活性。分别讨论了催化剂类型,催化剂用量,反应温度和时间对HMF产率的影响。结果表明,催化剂MASZN-3(20 mg)活性最佳,在溶剂[AMIM]Cl中,于130℃下反应4 h,表现出最高的HMF产率(37.8%)。另外,该催化剂在转化其它生物质材料,如蔗糖,菊粉和纤维二糖制备HMF时也表现出一定的催化活性,在溶剂[AMIM]Cl或[BMIM]Cl中,最大的HMF的产率分别为43.7%,54.8%和18.7%。最后,该研究提出了MASZN催化转化葡萄糖制备HMF的降解机理。表明MASZN在葡萄糖转化成HMF过程中具有比较高效的催化活性。该研究说明固体酸催化剂MASZN在生物质糖类的降解转化中具有很好的发展前景。