碳水化合物在双液相体系中降解转化为5-HMF的研究

【摘要】：随着化石能源的不断消耗,开发新能源替代化石资源具有重要的意义。生物质资源具有存储量大、可再生、开发成本低、绿色无污染等优点,利用生物质碳水化合物降解可得到5-羟甲基糠醛(5-HMF)。5-HMF具有多个官能团,可用来制备高值的化学品,如2,5-二甲基呋喃,2,5-呋喃二甲醛,乙酰丙酸,DFF等。此外,5-HMF还具有药物活性,也可作为化工原料和液体燃料。生物质转化为5-HMF反应的关键点是要探寻高效的溶剂体系和催化剂。双液相体系可通过反应-萃取相结合提高反应效率,因此在5-HMF的合成研究中备受关注。本文主要围绕水-四甲基二戊酮双相体系,用合成的催化剂催化纤维素和果糖转化至5-HMF,并展开了一系列对反应的影响因素的研究。1.以[MIMPS]和磷钨酸为原料合成了1-甲基-3-(3-磺酸基丙基)咪唑磷钨酸盐离子液体[MIMPS]3PW12O40,将之与CrCl3反应合成离子液体催化剂1-甲基-3-(3-磺酸基丙基)咪唑磷钨酸化铬(Cr([MIMPS]3PW12O40)3)。对催化剂进行了核磁共振及红外表征确定其结构,并用于纤维素降解为5-HMF反应,研究反应的影响因素,优化反应条件。结果表明,使用0.1 g Cr([MIMPS]3PW12O40)3催化剂,反应溶剂水-MBIK的体积比为5：5,在140℃反应4h,可获得最高还原糖(TRS)产率(77.8%)及5-羟甲基糠醛(5-HMF)的产率(52.5%)。此外,还考察了催化剂在反应体系中的循环性能。2.通过浸渍法制备了Cr203/Ag3PW12O40 (CrAgPW)催化剂,对催化剂CrAgPW的组成和结构进行了红外和元素分析表征,并将其作用于催化果糖制5-HMF的转化。研究表明,水与MBIK为反应溶剂,其体积之比为2：8,催化剂CrAgPW用量为0.1 g,130℃下反应2 h,可获得90.7%的5-HMF产率。此外,还研究了CrAgPW的循环性能,发现其在回收重复使用5次后仍然具有较高的活性,说明了该催化剂CrAgPW具有良好的稳定性。