發(fā)布時(shí)間：2023-09-17 19:32

　　5-羥甲基糠醛(5-HMF)是由碳水化合物制備的高附加值平臺(tái)化學(xué)品,可廣泛用于化工、食品、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域。近年來(lái)由可再生碳水化合物資源催化分解制備5-HMF的研究備受關(guān)注。強(qiáng)酸均相催化體系合成5-HMF的研究較早,但是由于催化劑難以分離、腐蝕性強(qiáng)、副產(chǎn)物多等問(wèn)題而受到限制。本論文研究了基于新型固體酸催化劑的反應(yīng)體系,先從用于果糖和蔗糖轉(zhuǎn)化制備5-HMF的固體酸催化劑研究出發(fā),合成了磷鎢酸鈮催化劑,顯著降低了反應(yīng)溫度。通過(guò)對(duì)催化葡萄糖合成5-HMF的結(jié)果分析,創(chuàng)新性地開發(fā)了錫改性的有機(jī)聚合物、鈮負(fù)載蒙脫土以及復(fù)合鉿-錫氧化物等固體酸催化劑,獲得了良好的催化性能,并對(duì)各催化體系制備5-HMF的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究。通過(guò)醇熱法合成了磷鎢酸鈮催化劑,制備工藝簡(jiǎn)單,Br(?)nsted酸性強(qiáng)。果糖濃度56 mM時(shí),添加50 mg NbPW-06,80℃在DMSO中反應(yīng)1.5 h后,果糖完全轉(zhuǎn)化,5-HMF收率為96.7%。相較前人報(bào)道,NbPW-06催化劑顯著降低了反應(yīng)溫度,使反應(yīng)條件更加溫和,且經(jīng)四次重復(fù)利用均能保持較高的5-HMF收率。NbPW-06催化的果糖轉(zhuǎn)化的表觀活化能和指前因子分別為...

【文章頁(yè)數(shù)】：156 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 碳水化合物資源
    1.3 碳水化合物轉(zhuǎn)化與利用方式
        1.3.1 熱轉(zhuǎn)化法
        1.3.2 生物催化法
        1.3.3 化學(xué)轉(zhuǎn)化法
    1.4 5-羥甲基糠醛
        1.4.1 5-羥甲基糠醛的基本物化性質(zhì)
        1.4.2 5-羥甲基糠醛的應(yīng)用
    1.5 碳水化合物催化制備5-HMF
        1.5.1 溶劑體系
        1.5.2 均相催化體系
        1.5.3 非均相催化體系
    1.6 碳水化合物制備5-HMF的反應(yīng)機(jī)理研究
    1.7 本論文的主要研究?jī)?nèi)容
        1.7.1 研究思路
        1.7.2 主要研究?jī)?nèi)容
第二章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 磷鎢酸鈮的合成與表征
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器
        2.1.2 磷鎢酸鈮催化劑的制備
        2.1.3 鈮改性磷鎢酸鹽催化劑的表征
    2.2 有機(jī)聚合物(聚咪唑-環(huán)氧氯丙烷)的合成與表征
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器
        2.2.2 PIL-pre及其金屬改性催化劑的制備
        2.2.3 PIL催化劑的表征
    2.3 鈮負(fù)載蒙脫土催化劑的合成與表征
        2.3.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器
        2.3.2 鈮負(fù)載蒙脫土催化劑的制備
        2.3.3 鈮負(fù)載蒙脫土催化劑的表征
    2.4 復(fù)合鉿-錫氧化物催化劑制備與表征
        2.4.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器
        2.4.2 復(fù)合鉿-錫氧化物催化劑的制備
        2.4.3 復(fù)合鉿-錫氧化物催化劑的表征
    2.5 碳水化合物轉(zhuǎn)化及產(chǎn)物分析
        2.5.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器
        2.5.2 碳水化合物催化轉(zhuǎn)化制備5-HMF
        2.5.3 產(chǎn)物分析方法
    2.6 本章小結(jié)
第三章 磷鎢酸鈮催化碳水化合物制備5-HMF
    3.1 磷鎢酸鹽催化劑表征
        3.1.1 XRD、FTIR、UV-vis、NMR分析
        3.1.2 TGA、XPS、XRF、TEM分析
        3.1.3 酸性表征
    3.2 果糖催化轉(zhuǎn)化制備5-HMF
        3.2.1 金屬及雜多酸離子種類對(duì)果糖催化5-HMF的影響
        3.2.2 溶劑種類對(duì)5-HMF收率的影響
        3.2.3 反應(yīng)溫度對(duì)5-HMF收率的影響
        3.2.4 果糖初始濃度對(duì)5-HMF收率的影響
        3.2.5 NbPW-06用量對(duì)5-HMF收率的影響
        3.2.6 NbPW-06焙燒溫度對(duì)5-HMF收率的影響
        3.2.7 NbPW-06的重復(fù)利用性能研究
        3.2.8 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究
        3.2.9 NbPW-06催化果糖制備5-HMF的反應(yīng)機(jī)理
    3.3 蔗糖催化轉(zhuǎn)化制備5-HMF
        3.3.1 催化劑組成對(duì)蔗糖催化5-HMF的影響
        3.3.2 溶劑種類對(duì)5-HMF收率的影響
        3.3.3 反應(yīng)溫度對(duì)5-HMF收率的影響
        3.3.4 蔗糖初始濃度對(duì)5-HMF收率的影響
        3.3.5 NbPW-06用量對(duì)5-HMF收率的影響
        3.3.6 NbPW-06的重復(fù)利用性能研究
        3.3.7 NbPW-06催化蔗糖制備5-HMF的反應(yīng)機(jī)理
    3.4 其它糖類催化轉(zhuǎn)化制備5-HMF
    3.5 本章小結(jié)
第四章 錫改性有機(jī)聚合物催化碳水化合物制備5-HMF
    4.1 改性有機(jī)聚合物催化劑表征
        4.1.1 FTIR、NMR、SEM、XPS分析
        4.1.2 酸性表征
    4.2 PIL催化葡萄糖轉(zhuǎn)化制備5-HMF
    4.3 葡萄糖催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)條件優(yōu)化
        4.3.1 反應(yīng)溫度的影響
        4.3.2 葡萄糖初始濃度
        4.3.3 PIL-Sn催化劑用量
        4.3.4 溶劑效應(yīng)
    4.4 PIL-Sn催化劑的重復(fù)利用性能
    4.5 PIL-Sn催化葡萄糖制備5-HMF的反應(yīng)機(jī)理
        4.5.1 PIL-Sn計(jì)算模型的選取
        4.5.2 基于量化計(jì)算的葡萄糖異構(gòu)機(jī)理驗(yàn)證
    4.6 PIL-Sn催化其他碳水化合物制備5-HMF
    4.7 PIL-Fe催化果糖制備5-HMF
    4.8 本章小結(jié)
第五章 鈮負(fù)載蒙脫土催化碳水化合物制備5-HMF
    5.1 鈮負(fù)載蒙脫土催化劑表征
        5.1.1 FTIR、XRD、SEM、BET、XRF、XPS、UV-vis分析
        5.1.2 酸性表征
    5.2 鈮負(fù)載蒙脫土催化葡萄糖催化轉(zhuǎn)化制備5-HMF
    5.3 不同Nb負(fù)載量對(duì)5-HMF收率的影響
    5.4 溶劑組成對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)化5-HMF的影響
    5.5 葡萄糖催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)條件優(yōu)化
        5.5.1 反應(yīng)溫度
        5.5.2 葡萄糖初始濃度
        5.5.3 Nb-MMT-900用量
    5.6 1Nb-MMT-900催化劑的重復(fù)利用性能
    5.7 Nb-MMT催化葡萄糖制備5-HMF的反應(yīng)機(jī)理
        5.7.1 Nb-MMT計(jì)算模型選取
        5.7.2 基于量化計(jì)算的5-HMF形成機(jī)理驗(yàn)證
    5.8 1Nb-MMT-900催化其他碳水化合物制備5-HMF
    5.9 本章小結(jié)
第六章 復(fù)合鉿-錫氧化物催化碳水化合物制備5-HMF
    6.1 復(fù)合鉿-錫氧化物催化劑的表征
        6.1.1 FTIR、XRD、TEM、BET、XPS、UV-vis分析
        6.1.2 酸性表征
    6.2 葡萄糖催化轉(zhuǎn)化制備5-HMF
    6.3 不同Sn添加量對(duì)5-HMF收率的影響
    6.4 葡萄糖催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)條件優(yōu)化
        6.4.1 反應(yīng)溫度的影響
        6.4.2 0.5Sn-HfO₂催化劑用量
        6.4.3 葡萄糖初始濃度
        6.4.4 不同溶劑對(duì)5-HMF收率的影響
    6.5 0.5Sn-HfO₂催化劑的重復(fù)利用性能
    6.6 0.5Sn-HfO₂催化其他碳水化合物制備5-HMF
    6.7 Sn-HfO₂催化葡萄糖制備5-HMF的反應(yīng)機(jī)理
    6.8 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介
附件



本文編號(hào)：3848020