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新型杂多酸离子液体催化生物质基糠醇醇解制备乙酰丙酸酯的研究

郝睿  
【摘要】:目前,石油资源枯竭严重加速,按照2013年的开采水平预测,地球上已探明的石油储备仅够人类再开采40余年,寻找可以替代石油资源的可再生能源,改变能源消费结构迫在眉睫。在所有新型能源中,生物质能是惟一的含碳能源,在制备燃料和化学品方面具有不可替代的地位。作为自然界最丰富的生物质资源,近些年来木质纤维素成为了研究人员关注的焦点。目前,对于木质纤维素的高效转化研究已经取得了很大进展,由木质纤维素通过化学降解直接生产糠醛(FF)、5-羟甲基糠醛(HMF)、糠醇、乙酰丙酸(LA)、乳酸等一系列生物质平台分子均已成功实现。其中利用农作物废弃物生产糠醛在上世纪30年代就已达到了工业化规模,资料显示我国是世界最大的糠醛生产国及出口国,拥有丰富的糠醛资源。在糠醛的诸多下游衍生物中,乙酰丙酸酯及γ-戊内酯(γ-GVL)是非常具有竞争力的两种化学品,其具有低毒性,高沸点,高附加值及较高的商业价值等优点。本着可持续发展及绿色化学理念,我们的研究围绕糠醇到乙酰丙酸酯的转化进行,我们合成几种高电荷密度阴离子的杂多酸及杂多酸离子液体,实现了糠醇到乙酰丙酸丁酯的高效转化,同时通过对哈密特酸度函数的研究,总结出了催化剂结构及哈密特酸度对催化剂催化性能的影响规律。未来的实验中,我们将进一步研究乙酰丙酸酯、糠醇及糠醛到γ-戊内酯的转化过程。在第一章中,我们介绍了生物质的分类及近年来的发展,详细综述了国内外半纤维素的转化,及重要平台产物乙酰丙酸酯、γ-戊内酯的制备,应用及其下游产品。在第二章中,综述了固体酸催化糠醇醇解到乙酰丙酸酯的过程。我们合成了具有高电荷密度的杂多酸及杂多酸离子液体,利用该催化剂,我们实现了94%的乙酰丙酸丁酯产率,同时我们测试了几种杂多酸及杂多酸离子液体的哈密特酸度,揭示了其催化效果与哈密特酸度之间的关系。接下来我们总结了研究进展,同时对乙酰丙酸酯的进一步转化进行了展望。综上所述,本文以生物质平台产物糠醇的转化为研究核心,实现了糠醇(FA)到乙酰丙酸酯的高效转化。


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