收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

固体催化剂催化葡萄糖制备5-羟甲基糠醛

杨柳  
【摘要】:当前全球石油、天然气等石化原料正在不断枯竭,因此,传统的化学工艺面临着可持续发展要求的严峻挑战。以可再生生物质资源为有机化工原料、研发绿色化学工艺技术,制备生物质基平台化合物已经成为现代化工工业的前沿课题。 5-羟甲基糠醛(5-HMF)作为一种极具代表性的生物质基平台化合物,其分子中含有醛基和羟甲基活泼基团,使得其能够成为众多反应的中间体、合成大环化合物、合成高分子材料与高附加值产品。碳水化合物,特别是葡萄糖转化为5-HMF的研究已成为该领域当前的热点问题。研究表明葡萄糖转化为5-HMF的过程至少经历了两个步骤:1、葡萄糖果糖异构化;2、果糖脱水。固体催化剂具有不易失活、选择性高、绿色环保等优点,因而将其应用到5-HMF的制备过程中一定会具有非常广阔的前景。ZrO2既可以作为催化剂,又可以作为催化剂载体,其应用已经逐渐受到了人们的重视,ZrO2兼具酸碱性以及氧化还原性,两者可协同作用,因此,本文选取ZrO2作为碱性催化剂;SO42-/MxOy型固体超强酸有较高的催化活性、良好的热稳定性、优良的选择性,并且制备简单、环境友好,SO42-/TiO2-SiO2催化剂在近年的研究中备受关注,因此,本文选取SO42-/TiO2-SiO2作为酸性催化剂。在水相条件下生成的5-HMF很容易与水发生水合而降低其产率,因此,本文选用高沸点有机溶剂二甲基亚砜(DMSO)调节水相,既可以提高5-HMF的产率与反应的选择性,又可以缩短反应时间。 本论文主要探索了实验室条件下采用绿色环保的固体催化剂催化葡萄糖制备5-HMF,成功制备了两种不同功能的固体催化剂。最后,将催化剂固定到连续式管式反应器中,并利用紫外分光光度计测定其中5-HMF的含量。实验结果表明: 1、以葡萄糖为反应底物,探讨了反应底物浓度、水相有机相的体积比、反应温度、反应时间4个单因素对5-HMF产率的影响,确定了最佳的反应底物浓度为50%,水相有机相体积比为1:2,反应温度为140℃,反应时间为12h,在此条件下,5-HMF产率达到最大值57.85%。 2、制备固体碱催化剂ZrO2与固体酸催化剂SO42-/TiO2-SiO2,通过单因素实验确定了固体碱催化剂ZrO2最佳焙烧温度为450℃,单独使用时最佳加入量为20%;固体酸催化剂SO42-/TiO2-SiO2的最佳焙烧温度为450℃,最佳钛硅摩尔比为4:1,单独使用时最佳加入量为20%。 3、探讨了固体酸碱催化剂配合使用时5个单因素对5-HMF产率的影响,实验结果表明:当m(ZrO2):m(SO42-/TiO2-SiO2)为4:3,固体酸碱催化剂总加入量为20%,Zr02焙烧温度450℃,SO42-/TiO2-SiO2焙烧温度450℃,SO42-/TiO2-SiO2中钛硅摩尔比为4:1,此时5-HMF产率达到最大值86.58%。 4、运用JMP7.0软件设计Plackett-Burman(PB)实验,筛选出了反应温度,固体碱催化剂焙烧温度,固体酸催化剂焙烧温度为影响葡萄糖制备5-HMF的9个单因素实验中的显著因素。 5、运用Design-Expert8.0软件对影响5-HMF产率的显著性因素进行Box-Behnken实验设计并进行工艺优化,模型的回归方程为: Y=86.27+6.22*A-1.42*B+3.57*C-0.84*A*B+1.67*A*C-1.59*B*C-20.89*A2- 7.98*B2-8.48*C2,可用该回归方程代替实验真实点分析实验结果。 6、由固体碱催化剂ZrO2的XRD分析、C02-TPD-MS分析、SEM图分析可知:焙烧温度越高,单斜相ZrO2晶型越多,450℃时的ZrO2具有较温和的碱性,较高的焙烧温度会使得催化剂发生团聚现象,从而影响催化活性。 7、通过对固体酸催化剂SO42-/TiO2-SiO2的FT-IR图谱分析、酸性实验-Hammett指示剂法分析、XRD图谱、TG-DTA实验分析与SEM图分析得知:经过H2SO4浸渍后的SO42-/TiO2-SiO2具有超强酸性,H2SO4浸渍处理过的TiO2-SiO2表面粗糙,出现空洞,提高了催化剂的比表面积与催化活性,450℃焙烧温度下SO42-/TiO2-SiO2具有较温和的酸性,可以促进葡萄糖转化为5-HMF。 8、分别对单独使用固体碱催化剂Zr02,固体酸催化剂SO42-/TiO2-SiO2,与两者配合使用时的重复使用情况做了研究,发现催化剂在循环使用6次之后基本失活。对失活前后的催化剂表征后发现:Zr02的失活与催化剂表面结焦有关,SO42-/TiO2-SiO2的失活与S042-的流失与催化剂表面结焦有关。对催化剂进行再生处理后达到了循环使用的目的。 9、将固体催化剂造粒后固定于连续式管式反应器中,考察了反应温度、反应压力、两种催化剂添加方式三个因素对5-HMF生产工艺的影响,采用正交实验对生产5-HMF工艺进行优化,最优生产工艺为:反应温度180℃,反应压力6Mpa,固体酸碱催化剂混合添加。 本论文在实验室条件下,采用固体酸碱催化剂混合添加方法,成功制备了5-HMF。在连续式管式反应器中,以淀粉酶解产物转化为5-HMF取得了初步成功,为生物质高效转化为平台化学品提供了新的参考依据。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 仲鸣;周金能;肖国民;;制备生物柴油的固体催化剂研究进展[J];化工时刊;2007年01期
2 陆世雄;丁忠浩;陈英明;颜胜华;李曼;彭清泉;;固体碱催化剂制备生物柴油的研究[J];环境科学与技术;2011年04期
3 沈晓真;王利华;刘鹏;时在涛;杨晋晖;杨群发;刘圣勇;;制备生物柴油固体催化剂的研究现状及前景展望[J];安徽农业科学;2010年08期
4 廖尾英;蔡建国;王世文;;制备生物柴油固体催化剂及过程强化研究进展[J];化工生产与技术;2008年02期
5 杨学林;袁金磊;黄永茂;葛振东;;非均相固体碱催化棉籽油制备生物柴油及其性能[J];粮油加工;2010年02期
6 江根锋;范能全;童东绅;周春晖;葛忠华;;SiO_2担载Na_3PO_4催化剂催化乳酸脱水反应的研究[J];浙江工业大学学报;2011年01期
7 廖爱明;郑柳萍;蔡绿艳;;新型固体催化剂催化废油脂制备生物柴油[J];黑龙江生态工程职业学院学报;2008年02期
8 白福秦;何静;;氧气的实验室制法[J];化学教育;1988年01期
9 朱洪法;固体催化剂的远红外干燥[J];武汉化工学院学报;1992年Z1期
10 谢兰景;;日用固体催化剂成功生产碳酸二甲酯[J];精细与专用化学品;1993年09期
11 吴东方,李永丹,张鎏;固体催化剂力学性能研究[J];化学工业与工程;2001年06期
12 李时平,邢金仙;脉冲色谱法测定固体催化剂表面的酸量[J];石油大学学报(自然科学版);2005年04期
13 ;技术动态[J];石油化工;2007年11期
14 张勇;刘芳;覃作祥;;特殊形貌氧化钙的制备及其催化合成生物柴油[J];大连交通大学学报;2011年01期
15 潘大任;陈秦明;;多孔固体催化剂有效系数的计算[J];广州化工;1981年03期
16 吴庆安;;高活性的固体催化剂[J];河南化工;1992年05期
17 魏长平,王颖,刘颖,于宝杰;固体催化剂酸强度及其分布的研究[J];纺织高校基础科学学报;1997年02期
18 魏伟,赵宁,孙予罕,张德胜,石大川,肖富魁;酯交换法合成碳酸二甲酯固体催化剂的研究进展[J];石油与天然气化工;2004年S1期
19 王文祥;李凡;舒畅;杜晨霞;;熔铁催化剂比表面与钾溶出的关系[J];郑州大学学报(理学版);1987年02期
20 蒋平平,王琪;固体催化剂SnO酯化反应的研究[J];化学工程师;1994年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 沈春玉;;固体催化剂X射线无标定量相分析[A];中国化工学会2003年石油化工学术年会论文集[C];2003年
2 仲鸣;周金能;肖国民;;制备生物柴油的固体催化剂研究进展[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
3 李彦鹏;刘晓;刘晨光;;环己酮自缩合反应固体催化剂的研制[A];第2届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2005年
4 李彦鹏;刘大鹏;刘晨光;;环己酮自缩合反应固体催化剂CC-1的研究[A];第三届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2006年
5 马占骋;张文娟;种延竹;杨恒权;;多相烯烃关环复分解催化反应探索研究[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年
6 赵振华;;负载FeCl_3的固体催化剂用于2,3-二甲基-2-丁烯的酰化反应[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
7 朱鹏飞;李静;周仁贤;;铜铈之间相互作用对CuO-CeO_2催化剂上CO选择性催化氧化性能影响的研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
8 丁建飞;秦张峰;赵瑞花;王国富;王建国;;焙烧温度对NiO/γ-Al_2O_3催化剂上CO_2气氛中异丁烷耦合脱氢反应性能的影响[A];第七届全国催化剂制备科学与技术研讨会论文集[C];2009年
9 孔繁华;景志刚;李然家;代小平;余长春;张志翔;;钙钛矿型LaFeO_(3-λ)催化剂焙烧条件对甲烷部分氧化性能的影响[A];中国化工学会2005年石油化工学术年会论文集[C];2005年
10 黄劲;丁庆军;胡曙光;;利用城市污水污泥和淤泥生产高强轻集料的研究[A];中国硅酸盐学会混凝土水泥制品分会第七届理事会议暨学术交流大会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姜俊青;固体催化大豆油化学改性的研究[D];上海交通大学;2012年
2 奚洪民;稀土元素资源与应用[D];吉林大学;2007年
3 刘紫微;基于固体催化剂的水热生物化学的研究[D];吉林大学;2013年
4 吴东方;固体催化剂机械强度的基础研究[D];天津大学;2002年
5 赵曦;固体催化剂表面结构的表征[D];北京化工大学;2009年
6 郭萍梅;生物柴油磁性纳米固体碱催化剂的构建及作用机理[D];中国农业科学院;2009年
7 马鸿宾;固体碱催化合成生物柴油的基础研究[D];天津大学;2008年
8 宋华民;生物柴油用固体催化剂制备试验研究[D];河南农业大学;2008年
9 朱凤霞;功能化有序介孔硅材料的制备及其在绿色有机合成中的应用[D];上海师范大学;2011年
10 罗春容;SiO_2和Al_2O_3负载的Rh、Ru、Ir催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应机理研究[D];厦门大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨柳;固体催化剂催化葡萄糖制备5-羟甲基糠醛[D];南昌大学;2012年
2 崔圆圆;固体催化剂上丙酮缩合制备异佛尔酮的研究[D];河北工业大学;2011年
3 盖帅;有机磺酸固体催化剂的研究[D];中国石油大学;2011年
4 王督;生物柴油固体催化剂的制备及其应用研究[D];昆明理工大学;2010年
5 邹丹;催化精馏用填料型固体碱催化剂的制备研究[D];长春工业大学;2010年
6 颜芳;双金属络合物固体催化剂生产生物柴油[D];北京化工大学;2010年
7 冯日华;固体碱催化剂的等离子体改性及其用于制备生物柴油的研究[D];天津大学;2010年
8 张轶;固体催化剂生物柴油的制备及催化工艺的研究[D];合肥工业大学;2007年
9 杨任全;固体碱催化剂及酸碱双功能催化剂的制备与应用[D];上海师范大学;2013年
10 张海洲;环己烷气固相催化氧化制取顺酐及醋酸的固体催化剂研究[D];湖南大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 顾钢;新型催化剂可高效转化甲烷为甲醇[N];科技日报;2009年
2 ;尾气过滤[N];中国建材报;2003年
3 ;流沙型高纯钒化合物生产技术[N];科技日报;2007年
4 ;2003中国碳酸二甲酯行业高峰论坛·专家论坛[N];中国化工报;2003年
5 记者倪永华;德发明垃圾渗水处理新法[N];科技日报;2002年
6 梁国峰;实干铸就银色之魂[N];中国有色金属报;2006年
7 潘润涵;法国开发拟烷基化工艺[N];中国石化报;2000年
8 凌学敏;新型墙材且用且说[N];中国化工报;2000年
9 晓梅;异佛尔酮值得开发[N];中国化工报;2001年
10 记者 毛黎;美开发低成本水藻生物柴油生产法[N];科技日报;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978