微波輔助固體酸催化果糖脫水合成5-羥甲基糠醛.pdf

1、隨著石化資源的日益枯竭以及環(huán)境的日益惡化，尋找環(huán)保的可再生資源已經(jīng)成為我們迫切的任務(wù)，在低碳的大背景下，生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)脫穎而出，其儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜而且可再生。在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中，以C6糖類為反應(yīng)物脫水生成5-羥甲基糠醛(5-HMF)成為研究的熱點(diǎn)之一。
　　本文制備了一系列以ZrO2為載體的固體酸（ZrO2，WOx/ZrO2，MoOx/ZrO2，SO42-/WOx-ZrO2和SO42-/MoOx-ZrO2）以及碳基固體酸催化劑（C-SO

2、3H，AC-SO3H，BC和BC-SO3H），通過X射線衍射，紫外可見漫反射，紅外光譜，掃描電鏡，透射電鏡，X-射線光電子能譜，氨氣程序升溫脫附，N2吸附-脫附以及激光拉曼光譜等手段對(duì)催化劑進(jìn)行表征，并以環(huán)已烷為溶劑，吡啶為吸附質(zhì)，用紫外可見分光光度計(jì)定量分析固體酸催化劑的酸量。
　　微波作為一種新型的技術(shù)，應(yīng)用在化學(xué)反應(yīng)時(shí)，具有反應(yīng)速度快、收率高且產(chǎn)物易分離等優(yōu)點(diǎn)，本文在微波輔助條件下，以二甲基亞砜（DMSO）為溶劑，研究了果糖

3、脫水反應(yīng)，考察了不同催化劑、催化劑用量、果糖濃度、微波功率和反應(yīng)溫度對(duì)果糖轉(zhuǎn)化率和5-HMF產(chǎn)率的影響，并且探討了在微波輔助的條件下果糖分解的動(dòng)力學(xué)。
　　當(dāng)以ZrO2為載體的固體酸為催化劑時(shí)，結(jié)果表明SO42-/WOx-ZrO2催化效果最佳，最佳反應(yīng)體系：果糖濃度5wt％，催化劑用量為果糖質(zhì)量的10%，反應(yīng)時(shí)間5min，反應(yīng)溫度150 ℃，果糖的轉(zhuǎn)化率為95.8%，5-HMF的收率和選擇性為83.9%和87.6%。此外考察了微波

4、輔助下果糖分解的動(dòng)力學(xué)，結(jié)果表明果糖分解反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，當(dāng)SO42-/WOx-ZrO2為催化劑時(shí)，果糖分解的活化能為68.31kJ·mol-1，指前因子為1.45×108min-1。催化劑表征結(jié)果表明WOx和MoOx的引入可以有效的提高催化劑的比表面積和酸量，通過硫酸浸漬對(duì)催化劑進(jìn)行磺化也可以提高催化劑的比表面積和酸量。
　　當(dāng)以碳基固體酸為催化劑時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)催化劑的酸量是影響果糖轉(zhuǎn)化率和5-HMF收率的主要因素，其中用對(duì)甲基苯磺

5、酸直接對(duì)果糖進(jìn)行碳化磺化制備的碳基固體酸C-SO3H的催化效果最好，并且其制備方法簡(jiǎn)單。最佳反應(yīng)體系：當(dāng)果糖濃度5wt%，催化劑用量為果糖質(zhì)量的10%時(shí)，170 ℃下反應(yīng)時(shí)間3min，果糖的轉(zhuǎn)化率為99.4%，5-HMF的收率88.5%，微波功率幾乎不影響果糖轉(zhuǎn)化率和5-HMF收率，此外C-SO3H催化劑重復(fù)使用四次仍具有較高的活性，說(shuō)明其重復(fù)使用性較好。
　　此外，研究發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法相比，微波技術(shù)可以大大加快果糖脫水反應(yīng)，