短鏈醇中生物質(zhì)基糠醛和羥甲基糠醛的催化轉(zhuǎn)化研究.pdf

1、目前，由于化石燃料大量消耗所引起的環(huán)境污染和能源短缺等問(wèn)題影響著社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，因此，探究生物質(zhì)可再生資源的高效轉(zhuǎn)化方法已逐漸成為化工領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。其中，糠醛和5-羥甲基糠醛（5-HMF）作為重要的生物質(zhì)基平臺(tái)化合物，經(jīng)過(guò)合適的轉(zhuǎn)化過(guò)程可以制備出多種高附加值化學(xué)品和液體燃料。因此，開(kāi)展短鏈醇中糠醛和5-HMF的催化轉(zhuǎn)化研究具有重要的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用前景。
　　本論文中，首先研究了短鏈醇溶劑中糠醛的催化氧化-縮合反應(yīng)過(guò)程

2、，使用的催化體系為過(guò)渡金屬的CoxOy-N@K-10與CuO-CeO2兩種納米材料。研究發(fā)現(xiàn)，在“正丙醇-糠醛-氧氣”反應(yīng)體系中，以CoxOy-N@K-10和Cs2CO3組成催化劑體系，于0.3MPa O2壓力下，140℃條件下反應(yīng)4 h后，糠醛轉(zhuǎn)化率為75.1％，主產(chǎn)物2-甲基-3-(2-呋喃基)丙烯醛的選擇性可達(dá)92.8%。進(jìn)而，詳細(xì)考察了CuO-CeO2催化劑和K2CO3助劑對(duì)糠醛催化轉(zhuǎn)化的促進(jìn)情況；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在0.3 MPa O

3、2氛圍中，140℃條件下反應(yīng)4h，糠醛的轉(zhuǎn)化率為85.4%，主產(chǎn)物2-甲基-3-(2-呋喃基)丙烯醛的選擇性可達(dá)95.3%。另外，還分別研究了反應(yīng)助劑，反應(yīng)溶劑，以及反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)氧化縮合的影響，在對(duì)催化劑進(jìn)行FT-IR、XRD、BET、SEM、TEM、NH3-TPD等表征測(cè)試的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)照實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和反應(yīng)現(xiàn)象，提出了糠醛與正丙醇之間發(fā)生氧化縮合反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理。
　　接下來(lái)，論文研究了5-HMF的催化氧化過(guò)程；借助液相沉淀法

4、制備了Cu-MnO2, Cr-MnO2，V-MnO2，Mo-MnO2，Mg-MnO2，Ca-MnO2，Al-MnO2等離子摻雜型氧化錳催化劑，詳細(xì)考察了短鏈醇中催化劑的類(lèi)型、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)于5-HMF選擇性氧化制備2,5-呋喃二甲醛（DFF）的影響情況；研究發(fā)現(xiàn)，以乙醇為溶劑，使用Cu-MnO2作催化劑，于0.3MPa O2壓力下，140℃條件下反應(yīng)5 h時(shí)的效果最佳；原料5-HMF的轉(zhuǎn)化率為86.0%，主產(chǎn)物DFF的選擇性可達(dá)9