本文關鍵詞：催化轉(zhuǎn)化生物質(zhì)到呋喃基精細平臺化合物的研究

  更多相關文章： 5-羥甲基糠醛 選擇性氧化 2 5-呋喃二甲醛 生物質(zhì) 果糖 催化降解

【摘要】：目前,煤、石油、天然氣提供了至少四分之三的全世界所用的能源。但現(xiàn)在全球面臨的一個嚴峻問題是對這些化石燃料需求日益上升的同時它們的儲存量卻在快速下降。外加各國環(huán)保意識的提升,所以人們力求尋找一種可行的且對環(huán)境友好的可再生新能源來替代化石資源。研究表明,大量的可再生的生物質(zhì)資源為我們工業(yè)社會可提供能量和有機碳的來源和生產(chǎn)化學產(chǎn)品和液體染料。而且,與化石燃料相比較生物質(zhì)資源產(chǎn)生相對較少的溫室效應氣體。5-羥甲基糠醛(HMF)來源于生物質(zhì)碳水化合物(纖維素、葡萄糖、果糖)的降解是一種具有潛力的精細平臺化合物,它可以作為合成塑料、藥物、液體燃料的前驅(qū)體。在生物質(zhì)精煉過程中選擇性氧化HMF又是一種關鍵的轉(zhuǎn)化途徑,氧化HMF可以產(chǎn)生眾多呋喃基化學產(chǎn)品如：2,5-呋喃二甲醛(DFF)、5-羥甲基-2-呋喃甲酸(HMFCA) 、5-甲酰基-2-呋喃甲酸(FFCA)和2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。然近年來DFF作為HMF的氧化產(chǎn)物已經(jīng)引起了廣泛的關注。因為DFF在合成呋喃類聚合體、各種聚席夫堿、藥物、抗真菌劑、殺蟲劑、有機導體、交聯(lián)試劑、等方面具有廣泛的應用。它極大的促進了生物質(zhì)資源的有效利用,對緩解能源危機和環(huán)境污染等問題具有非常重要的意義。因此,本文圍繞降解生物質(zhì)果糖轉(zhuǎn)化為精細化學品HMF以及選擇性氧化HMF轉(zhuǎn)變?yōu)镈FF展開一系列的研究。1通過水熱法制備了一系列Nb2O5負載磷鎢酸的催化劑(TPA/Nt2O5),并且用X射線粉末衍射儀(XRD)和紅外光譜(FT-IR), NH3-TPD、電子掃描電鏡(SEM)對催化劑進行表征。研究了在-甲亞砜(DMSO)中用Nb2O5負載磷鎢酸(TPA/Nb2Os)催化降解果糖制備HMF的反應：考察了不同TPA的負載量,反應溫度,反應時間,催化劑的用量對反應結(jié)果的影響。實驗結(jié)果顯示：當TPA的負載量為25%時催化活性最好,在催化劑用量為0.15 g,反應溫度為120℃,反應時間為2h的條件下5-HMF的產(chǎn)率可高達91.6%。2. TEMPO和氧氣在選擇性氧化醇到醛反應體系中具有非常重要的意義,本文考察了不同的過渡金屬硝酸鹽以及不同的反應條件下對選擇性氧化HMF轉(zhuǎn)變?yōu)镈FF反應性能的影響。結(jié)果表明在分子氧存在的條件下以Fe(NO3)39H2O/ NaCl/TEMPO為催化劑時,在MeCN溶劑中,反應8小時DFF的選擇性可以到96.6%,HMF的轉(zhuǎn)化率達到99%。另外,探討了該反應可能的機理。3.通過直接焙燒鈮酸制備三種不同的Nb2O5作為光催化劑在可見光的作用下有效催化氧化HMF轉(zhuǎn)變?yōu)镈FF。并分別考察了不同形貌的Nb2O5,不同照射光波長以及不同反應時間對該反應的催化效果影響。研究顯示,催化劑m800-Nb2O5在三氟甲苯溶劑中,用可見光照射6 h,可得到90.6%的DFF選擇性和19.2%的HMF的轉(zhuǎn)化率。另外還探討了該反應的機理。
【關鍵詞】：5-羥甲基糠醛 選擇性氧化 2 5-呋喃二甲醛 生物質(zhì) 果糖 催化降解
【學位授予單位】：浙江師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TK6
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-26
• 1.1 引言9-10
• 1.2 降解生物質(zhì)果糖制備HMF的研究進展10-17
• 1.2.1 生物質(zhì)利用的背景10-11
• 1.2.2 呋喃基生物質(zhì)小分子HMF的性質(zhì)和應用11-12
• 1.2.2.1 HMF的性質(zhì)11
• 1.2.2.2 HMF的應用11-12
• 1.2.3 果糖制備HMF催化體系的研究進展12-17
• 1.2.3.1 無機酸催化劑13
• 1.2.3.2 有機酸催化劑13-14
• 1.2.3.3 離子液體催化劑14
• 1.2.3.4 鹽類催化劑14-15
• 1.2.3.5 路易斯酸催化劑15
• 1.2.3.6 固體酸催化劑15-17
• 1.3 催化氧化HMF轉(zhuǎn)變?yōu)镈FF的研究進展17-23
• 1.3.1 呋喃基生物質(zhì)小分子DFF的來源及應用17-18
• 1.3.2 傳統(tǒng)方法均相催化體系18-19
• 1.3.3 金屬氧化物催化氧化體系19-21
• 1.3.4 用貴金屬催化劑催化氧化體系21-22
• 1.3.5 新型技術催化HMF轉(zhuǎn)變?yōu)镈FF體系22-23
• 1.4 本論文的研究意義和研究內(nèi)容23-26
• 1.4.1 研究意義23-24
• 1.4.2 研究內(nèi)容24-26
• 第二章 實驗部分26-31
• 2.1 實驗試劑及規(guī)格26-27
• 2.2 實驗儀器及型號27
• 2.3 催化劑的表征27-28
• 2.4 數(shù)據(jù)的分析與處理方法28-31
• 2.4.1 HMF和DFF的定性分析28
• 2.4.2 HMF和DFF的定量分析28-30
• 2.4.3 HMF和DFF的產(chǎn)率計算30-31
• 第二章 Nb_2O_5負載磷鎢酸催化降解果糖制備HMF的研究31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 實驗部分31-32
• 3.2.1 催化劑TPA/Nb_2O_5的制備31-32
• 3.2.2 TPA/Nb_2O_5在DMSO中催化降解果糖32
• 3.3 結(jié)果與討論32-42
• 3.3.1 催化劑TPA/Nb_2O_5的表征32-36
• 3.3.1.1 不同負載量的催化劑的XRD表征32-33
• 3.3.1.2 不同負載量的催化劑的紅外表征33-34
• 3.3.1.3 不同負載量的催化劑的NH_3-TPD表征34-35
• 3.3.1.4 不同負載量的催化劑的SEM表征35-36
• 3.3.2 催化活性36-42
• 3.3.2.1 TPA的負載量對催化降解果糖轉(zhuǎn)變?yōu)镠MF的影響36-37
• 3.3.2.2 催化劑的用量對反應結(jié)果的影響37
• 3.3.2.3 不同反應底物對催化反應性能的影響37-38
• 3.3.2.4 反應溫度對催化降解果糖反應性能的影響38-40
• 3.3.2.5 反應時間對催化降解果糖反應性能的影響40
• 3.3.2.6 催化劑的循環(huán)利用40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 金屬硝酸鹽/TEMPO選擇性催化氧化5-HMF制備DFF43-52
• 4.1 引言43
• 4.2 實驗部分43-46
• 4.2.1 氧化HMF到DFF的性能評價43-44
• 4.2.2 產(chǎn)物分析及表征44-46
• 4.3 結(jié)果與討論46-51
• 4.3.1 不同反應氣氛對DFF的產(chǎn)率的影響46-47
• 4.3.2 催化劑中各組分對反應結(jié)果的影響47-48
• 4.3.3 不同量的催化劑對反應的影響48-49
• 4.3.4 溶劑的影響49-50
• 4.3.5 反應機理的探討50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第五章 可見光下Nb_2O_5選擇性催化氧化HMF到DFF的研究52-62
• 5.1 引言52
• 5.2 實驗部分52-56
• 5.2.1 催化劑Nb_2O_5的制備52-53
• 5.2.2 催化劑Nb_2O_5的表征53-56
• 5.2.2.1 XRD表征53-54
• 5.2.2.2 SEM表征54-55
• 5.2.2.3 Nb_2O_5的拉曼光譜表征55-56
• 5.3 結(jié)果與討論56-61
• 5.3.1 可見光催化氧化HMF到DFF的性能研究56-57
• 5.3.2 照射波長、時間對反應性能的影響57-58
• 5.3.3 機理討論58-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 參考文獻62-72
• 攻讀學位期間取得的科研成果72-73
• 致謝73-74

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