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1、硕士学位论文三碳糖催化转化制备乳酸过程及其动力学研究作者姓名徐志祥学科专业工业催化指导教师李雪辉教授所在学院化学与化工学院论文提交日期2018年4月CatalyticconversionofC3sugarstolacticacidandthereactionkineticsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XuZhixiangSupervisor：Prof.LiXuehuiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TQ352
2、学校代号：10561学号：201520118538华南理工大学硕士学位论文三碳糖催化转化制备乳酸过程及其动力学研究作者姓名：徐志祥指导教师姓名、职称：李雪辉教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：工业催化研究方向：生物质催化转化制备乳酸论文提交日期：2018年4月24日论文答辩日期：2018年6月1日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：邓友全委员：尹双凤廖世军李映伟王乐夫李雪辉关建郁摘要作为唯一含碳的可再生资源，生物质具有可持续、“碳中性”和分布范围广等优点，催化其转化为具有高附加值的化学品能够有效缓解日益加剧的环境污染
3、和能源危机。乳酸是一种多功能平台化学品，在目前，乳酸主要由糖类发酵制备。但是，该方法存在乳酸收率低、能耗高、成本高、产物纯化困难等缺点。因此，以廉价的可再生的木质纤维素为原料制备乳酸是一个重要的研究方向。在纤维素基生物质化学法制备乳酸的过程中，三碳糖的催化转化是其中的关键步骤和速决步骤。因此，温和条件下三碳糖高效转化制备乳酸的催化新体系的设计和研究对于可再生的生物质基乳酸的生产具有重要的意义。本论文的主要目的是筛选出合适的金属盐并制备固体酸催化剂，使其在温和条件下高选择性地催化三碳糖转化为乳酸，并探究过程的动力学行为和催化机理，主要研究如下：（1）构建
4、了商业化金属盐催化甘油酮制备乳酸的新体系。筛选一系列商业化的金属盐催化剂，考察其催化活性。研究结果发现铝盐和锡盐具备良好的催化活性，尤其是铝盐表现出了比其他金属盐更好的催化活性。以硝酸铝为催化剂时，在最优条件下，甘油酮转化率为100%，乳酸收率为82%。反应动力学研究表明，甘油酮转化为乳酸的过程可分为两个一级反应，其中甘油酮水解为丙酮醛需要的活化能为58.48kJ/mol，丙酮醛转化为乳酸的活化能为44.54kJ/mol。（2）设计并构建了新型磷酸锡催化剂，研究了其催化甘油酮转化制备乳酸的过程与机理。制备了系列磷酸锡催化剂并用于催化甘油酮制备乳酸，通过
5、实验确定最优反应条件。在最优条件下，甘油酮的转化率为100%，乳酸的收率为76%。磷酸锡催化甘油酮转化为乳酸的反应符合一级动力学，甘油酮转化为丙酮醛的活化能为76.42kJ/mol，丙酮醛转化为乳酸的活化能为97.22kJ/mol。催化剂循环使用18次后，仍有较高的活性。采用FT-IR、BET、EA等方法进行分析，发现催化剂中积碳增多是乳酸收率下降的主要原因。关键词：三碳糖；乳酸；硝酸铝；磷酸锡；活化能IAbstractBiomassistheuniquecarbon-containingrenewableresourceontheEarth.Itha
6、smanyreamrkableadvantages,forexample,sustainable,carbonneutral,andwidelyspreaded.Therefore,efficientconversionoflignocellulosetohighvalue-addedchemicalshasbeenahottopicinviewoftheincreasingenvironmentalpollutionandenergycrisis.Lacticacid,oneofmultifunctionalplatformchemicals,isw
7、idelyusedinchemical,food,pharmaceuticalandcosmeticsindustry.Currently,lacticacidisproducedbyfermentationprocess.However,therearesomedisadvantageofthismethod,suchaslowyield,highenergyconsumption,highcostanddifficultypurification.Therefore,itisimportanttopreparelacticacidfrominexp
8、ensiverenewablelignocellulose.Amongtheprocessof
