离子液体及杂多酸催化果糖制5-羟甲基糠醛的研究.pdf

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1、Theresearchonconversionoffructoseto5-hydroxymethylfurfuraloverionicliquidsandheteropolyacidThisThesisSubmittedtoZhejiangNormalUniversityforDegreeofMasterofSciencebyYoUJianGaoSupervisedbyprof．Ting·HuaWuAndProf．YingWuInstituteofPhysicalChemistry,ZhejiangKeyLaboratoryforReactiveC

2、hemistryonSolidSurfaces，ZhejiangNormalUniversityMay2012IIIHIIIHMIIIIHlY2194420离子液体及杂多酸催化果糖制5一羟甲基糠醛研究摘要随着不可再生资源的日益消耗，从可再生生物质资源尤其是木质纤维素类生物质出发制备新型平台化合物越来越引起关注。木质纤维素转化的途径之一是水解生成单糖葡萄糖、果糖和木糖，单糖再进一步分解生成化学品。而单糖的生成和降解是影响整个反应过程选择性的关键步骤。因此本文以果糖为原料，开展了以下研究工作。本论文研究中，首先合成了1．丁基．3．甲基咪唑氯盐(Bmim

3、Cl)及N．(3．磺酸基丙基)吡啶硫酸氢盐([PSPy][HS04])、N一(3-磺酸基丙基)吡啶对甲基苯磺酸盐([PSPy][TSA])、N．(3．磺酸基丙基)吡啶磷酸二氢盐([PSPy][H2PO,])---种功能化离子液体，采用核磁共振谱图对所合成的离子液体的组成和结构进行表征分析，并用Hammer指示剂紫外可见光谱法比较了不同酸功能化离子液体的酸性。接着以室温离子液体BmimCl为溶剂，添加二甲基亚砜作为共溶剂以降低体系粘度，用吡啶型酸功能化离子液体为催化剂，研究果糖脱水制备5．羟甲基糠醛(5．HMF)反应。以5-HMF的收率作为衡量标准，

4、分别考察了果糖浓度、反应温度、反应时间、催化剂用量、共溶剂用量、催化剂使用寿命等参数对5-HMF产率的影响。结果表明，催化效果跟酸功能化离子液体的酸性大小及阴离子有关，酸性太大或者太小均不利于产物的形成，其中以[PSPy][H2P04]离子液体催化效果最佳。5-HMF最佳制备条件为：反应时间120min、催化剂用量60mg、温度100℃，5-HMF产率可达到88％，催化体系重复使用7次后仍然有较高的活性。此外还研究了以杂多酸作为催化剂，在N,N-Z．甲基乙酰胺反应溶剂中催化果糖脱水制备5．羟甲基糠醛(5．HMF)的反应。以5-HMF的收率作为衡量标

5、准，分别考察了不同杂多酸催化剂、杂多酸的焙烧温度、果糖浓度、反应温度、反应时间、催化剂用量、添加剂用量等参数对5-HMF产率的影响，最后用正交实验对条件进行优化。结果表明：不同催化剂中，磷钨酸催化剂催化活性最大，且其焙烧温度为175"C，催T摘要化活性最佳。最佳制备条件为时间120min、催化剂用量80mg、温度120℃，5-HMF产率可达到820／0，其中反应温度对5-HMF产率的影响最大。此外，以Si02为载体，用浸渍法制备H3PWl2040／Si02催化剂，考察了H3PWl2040负载量对催化剂性能的影响，并对负载型催化剂重复使用次数进行了研

6、究。采用瓜、XRD、Nil3-TPD对负载型催化剂进行表征。结果表明：H3PWl2040在载体上较好地保持了原有的Keggin结构；负载后的磷钨酸酸强度及酸量均小于负载前。磷钨酸负载量为40％时，催化效果最佳，5-HMF产率达到84％；催化剂经4次使用后仍然具有较好的活性。关键词：果糖；酸功能化离子液体；杂多酸；5一羟甲基糠醛IITHERESEARCHONCONVERSIONOFFRUCTOSETO5．HYDROXYMETHYLFURFURALOVERIONICLIQUIDSANDHETEROPOLyACIDABS’I。RAC‘l。Withther

7、apidconsumptionofnon-renewableresource，therenewablebiomassresources，particularlylignocellulosicsbiomasshavingreceivedmoreattentioninproducingchemicals．LignocelluloseCallbeconvertedtobulkchemicalsbyahydrolysisreacetion．Duringhydrolysis，thelignocelluloseiscleavedtogivemonosaccha

8、ride，whichstillCallbedecomposedintousefulchemicals．Theresults