【摘要】：隨著經濟的迅猛發(fā)展和人口的急劇膨脹,引發(fā)了全球性能源危機。傳統(tǒng)化石資源對人類發(fā)展不可或缺,但其大規(guī)模開采使用,使得環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題日益突出。生物質,作為地球上唯一以有機碳形式存在的可再生資源,可以降低人類對化石資源的依賴并減輕環(huán)境負荷。因此,開發(fā)可再生生物質催化轉化制備精細化學品和能源分子成為了國內外研究的熱點。在眾多芳香族化合物中,苯甲酸廣泛應用于日常生活和工業(yè)生產中。目前,工業(yè)上甲苯氧化制備苯甲酸存在高溫催化劑失活、制備工藝復雜、產品不可再生等問題。因此,本文旨在探索高效、穩(wěn)定的催化體系,實現高收率苯甲酸的制備。本文提出在疏水性離子液體中雙酸(Lewis-Br?nsted)催化劑協同催化呋喃制備苯甲酸研究。篩選ZnCl_2-H_2SO_4+[Emim]NTf_2作為最優(yōu)催化體系,呋喃轉化率和苯甲酸收率分別可達99.4%和80.7%。[Emim]NTf_2作為反應溶劑,可以有效促進反應進行,提高苯甲酸收率。通過一系列實驗和表征探究,提出了可能的反應機理。該催化體系也可以有效催化親雙烯體丙烯酸甲酯,獲得收率為69.2%的苯甲酸甲酯。盡管在常壓、溫和反應條件下實現苯甲酸制備,但由于均相催化體系無法實現催化劑循環(huán)利用,一定程度上制約了催化體系的綠色高效性以及循環(huán)經濟性。本文提出Br?nsted酸性離子液體“一鍋法”催化呋喃制備苯甲酸。通過Hammett方程計算不同離子液體酸強度。結果表明,離子液體酸強度與苯甲酸收率呈正相關性。[BSO_3HMIm]HSO_4作為最優(yōu)催化劑,獲得中等收率苯甲酸。通過反應動力學計算,反應活化能為72.7 kJ/mol。通過研究發(fā)現,設計合成具有雙酸催化活性位點的酸性離子液體催化劑或非均相催化劑(如分子篩等)可以實現催化劑的循環(huán)高效性。本文主要工作是開發(fā)兩種酸催化體系,實現生物質衍生物呋喃高效催化轉化制備苯甲酸。為生物質呋喃基衍生物制備可再生芳香族化合物提供了新的路線和平臺,為實現工業(yè)化生產苯甲酸提供了一定的理論基礎。
【圖文】：

1. 緒論1.1 研究背景及意義由于人口增長和工業(yè)的迅猛發(fā)展，能源和材料的供給已經無法匹配人螺旋式上升增長的消費步伐。過去的一個世紀里，對傳統(tǒng)化石能源（如炭、天然氣等）的嚴重依賴，使整個工業(yè)以及人類發(fā)展的步伐越來越沉重方面，石油價格受世界各國政治、經濟等不確定因素的影響波動很大。另一傳統(tǒng)化石能源的大規(guī)模開采使用，也引起了全球能源儲備危機和環(huán)境污這些不利因素都是人類必須面對和解決的問題[4]。目前，，傳統(tǒng)化石能源的也遠遠高于其它天然可再生能源，如圖 1.1 所示。文獻報道稱，石油資源香烴類化合物需求量在 2040 年就可能會超過其自然儲量[5-6]。生物質，因續(xù)性、可生物降解性和可再生性等優(yōu)勢，逐漸成為目前國內外研究熱點以生物質或生物質基衍生物為原料制備生物燃料和精細平臺化合物，降低能源在使用中對生態(tài)環(huán)境造成的破壞，具有重要的研究意義。

圖 1.2 木質纖維素中纖維素、半纖維素和木質素的空間結構排列[15]g. 1.2 The spatial structure of cellulose, hemicellulose and lignin in lignocellulosic biomass[15]半纖維素是結構復雜且無定形支化聚合物，其主要由己糖、戊糖和糖醛酸組成。成生物質 15-20%的木質素是由對香豆醇、松柏醇和芥子醇組成的脫氫芳族單支配的三維多酚生物聚合物[16-17]，是具有不均勻結構的無定形聚合物，賦予植細胞壁剛性和頑固性，并包覆在纖維素和半纖維素周圍，起到保護密封性作用。于高碳含量，約含有 40%的生物質能。除了上述三個關鍵構建塊之外，還存在量的提取物，包括蛋白質、葉綠素和無機化合物等。.2.2 生物質基平臺化合物化學工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要基于可再生資源的開發(fā)，而非不斷消耗不可再生料[18]。利用木質纖維素生物質替代傳統(tǒng)能源來開發(fā)化學品和液體燃料是未來化工業(yè)的一個發(fā)展趨勢，可以緩解能源短缺壓力以及改善生態(tài)環(huán)境，對實現經濟
【學位授予單位】：遼寧科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK6;TQ245.12

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本文編號：2630076