5-羥甲基糠醛(5-HMF)是由碳水化合物制備的高附加值平臺化學品,可廣泛用于化工、食品、醫(yī)藥、材料等領域。近年來由可再生碳水化合物資源催化分解制備5-HMF的研究備受關注。強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、副產(chǎn)物多等問題而受到限制。本論文研究了基于新型固體酸催化劑的反應體系,先從用于果糖和蔗糖轉化制備5-HMF的固體酸催化劑研究出發(fā),合成了磷鎢酸鈮催化劑,顯著降低了反應溫度。通過對催化葡萄糖合成5-HMF的結果分析,創(chuàng)新性地開發(fā)了錫改性的有機聚合物、鈮負載蒙脫土以及復合鉿-錫氧化物等固體酸催化劑,獲得了良好的催化性能,并對各催化體系制備5-HMF的反應機理進行了研究。通過醇熱法合成了磷鎢酸鈮催化劑,制備工藝簡單,Br(?)nsted酸性強。果糖濃度56 mM時,添加50 mg NbPW-06,80℃在DMSO中反應1.5 h后,果糖完全轉化,5-HMF收率為96.7%。相較前人報道,NbPW-06催化劑顯著降低了反應溫度,使反應條件更加溫和,且經(jīng)四次重復利用均能保持較高的5-HMF收率。NbPW-06催化的果糖轉化的表觀活化能和指前因子分別為...

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【學位級別】：博士

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學位論文數(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 碳水化合物轉化與利用方式
        1.3.1 熱轉化法
        1.3.2 生物催化法
        1.3.3 化學轉化法
    1.4 5-羥甲基糠醛
        1.4.1 5-羥甲基糠醛的基本物化性質
        1.4.2 5-羥甲基糠醛的應用
    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的反應機理研究
    1.7 本論文的主要研究內(nèi)容
        1.7.1 研究思路
        1.7.2 主要研究內(nèi)容
第二章 實驗部分
    2.1 磷鎢酸鈮的合成與表征
        2.1.1 實驗試劑和儀器
        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 有機聚合物(聚咪唑-環(huán)氧氯丙烷)的合成與表征
        2.2.1 實驗試劑和儀器
        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 鈮負載蒙脫土催化劑的合成與表征
        2.3.1 實驗試劑和儀器
        2.3.2 鈮負載蒙脫土催化劑的制備
        2.3.3 鈮負載蒙脫土催化劑的表征
    2.4 復合鉿-錫氧化物催化劑制備與表征
        2.4.1 實驗試劑和儀器
        2.4.2 復合鉿-錫氧化物催化劑的制備
        2.4.3 復合鉿-錫氧化物催化劑的表征
    2.5 碳水化合物轉化及產(chǎn)物分析
        2.5.1 實驗試劑和儀器
        2.5.2 碳水化合物催化轉化制備5-HMF
        2.5.3 產(chǎn)物分析方法
    2.6 本章小結
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 果糖催化轉化制備5-HMF
        3.2.1 金屬及雜多酸離子種類對果糖催化5-HMF的影響
        3.2.2 溶劑種類對5-HMF收率的影響
        3.2.3 反應溫度對5-HMF收率的影響
        3.2.4 果糖初始濃度對5-HMF收率的影響
        3.2.5 NbPW-06用量對5-HMF收率的影響
        3.2.6 NbPW-06焙燒溫度對5-HMF收率的影響
        3.2.7 NbPW-06的重復利用性能研究
        3.2.8 反應動力學研究
        3.2.9 NbPW-06催化果糖制備5-HMF的反應機理
    3.3 蔗糖催化轉化制備5-HMF
        3.3.1 催化劑組成對蔗糖催化5-HMF的影響
        3.3.2 溶劑種類對5-HMF收率的影響
        3.3.3 反應溫度對5-HMF收率的影響
        3.3.4 蔗糖初始濃度對5-HMF收率的影響
        3.3.5 NbPW-06用量對5-HMF收率的影響
        3.3.6 NbPW-06的重復利用性能研究
        3.3.7 NbPW-06催化蔗糖制備5-HMF的反應機理
    3.4 其它糖類催化轉化制備5-HMF
    3.5 本章小結
第四章 錫改性有機聚合物催化碳水化合物制備5-HMF
    4.1 改性有機聚合物催化劑表征
        4.1.1 FTIR、NMR、SEM、XPS分析
        4.1.2 酸性表征
    4.2 PIL催化葡萄糖轉化制備5-HMF
    4.3 葡萄糖催化轉化反應條件優(yōu)化
        4.3.1 反應溫度的影響
        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
    4.4 PIL-Sn催化劑的重復利用性能
    4.5 PIL-Sn催化葡萄糖制備5-HMF的反應機理
        4.5.1 PIL-Sn計算模型的選取
        4.5.2 基于量化計算的葡萄糖異構機理驗證
    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
第五章 鈮負載蒙脫土催化碳水化合物制備5-HMF
    5.1 鈮負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 鈮負載蒙脫土催化葡萄糖催化轉化制備5-HMF
    5.3 不同Nb負載量對5-HMF收率的影響
    5.4 溶劑組成對葡萄糖轉化5-HMF的影響
    5.5 葡萄糖催化轉化反應條件優(yōu)化
        5.5.1 反應溫度
        5.5.2 葡萄糖初始濃度
        5.5.3 Nb-MMT-900用量
    5.6 1Nb-MMT-900催化劑的重復利用性能
    5.7 Nb-MMT催化葡萄糖制備5-HMF的反應機理
        5.7.1 Nb-MMT計算模型選取
        5.7.2 基于量化計算的5-HMF形成機理驗證
    5.8 1Nb-MMT-900催化其他碳水化合物制備5-HMF
    5.9 本章小結
第六章 復合鉿-錫氧化物催化碳水化合物制備5-HMF
    6.1 復合鉿-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 葡萄糖催化轉化制備5-HMF
    6.3 不同Sn添加量對5-HMF收率的影響
    6.4 葡萄糖催化轉化反應條件優(yōu)化
        6.4.1 反應溫度的影響
        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5-HMF收率的影響
    6.5 0.5Sn-HfO₂催化劑的重復利用性能
    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的反應機理
    6.8 本章小結
第七章 結論
參考文獻
致謝
研究成果及發(fā)表的學術論文
作者和導師簡介
附件



本文編號：3848020