碳基固體酸催化果糖脫水制備5-羥甲基糠醛的研究.pdf

1、5-羥甲基糠醛（5-HMF）作為高價值藥物、抗熱聚合物和生物能源的前驅(qū)體，是多功能平臺化合物。盡管5-HMF可由生物質(zhì)碳水化合物脫水獲得，但因其高昂的生產(chǎn)費用而未能順利的工業(yè)化，因此尋求由生物質(zhì)為原料脫水生成5-HMF是目前生物質(zhì)利用的關(guān)鍵。
　　本文采用水熱法制備出一系列碳基固體酸（CSA）催化劑催化果糖脫水為5-HMF反應(yīng)，首先對酸量、碳源、碳化時間和碳化溫度進(jìn)行了考察，篩選出適宜的條件制備催化劑進(jìn)行反應(yīng)，同時利用FT-IR、

2、XRD、TEM、酸堿中和滴定等方法對碳基固體酸進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，碳基固體酸的最佳水熱條件為：100 mL水熱反應(yīng)釜中加入12 g淀粉、14 mL濃硫酸、40 mL去離子水?dāng)嚢杈鶆颍谒疅釡囟?80℃下反應(yīng)4h。之后以此制備條件制備出的催化劑對果糖脫水生成5-HMF的反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化并對催化劑的穩(wěn)定性進(jìn)行了考察，結(jié)果表明，1 g果糖溶解于20 mL DMSO中，催化劑的用量為0.2 g，在120℃下反應(yīng)3.5 h，5-HMF的收率最

3、大，為51.5mol％，重復(fù)使用三次，但每次使用催化劑都略有失活。
　　作為對比，用模板法制備出介孔碳材料，再用濃硫酸磺化介孔碳制備出一系列介孔碳基磺化固體酸（MCSA）催化劑催化果糖脫水成5-HMF反應(yīng)，考察了催化劑的制備條件對5-HMF收率的影響。結(jié)果表明，100 mL水熱反應(yīng)釜中加入0.2 g介孔碳和5 mL濃硫酸，在80℃下磺化12 h條件下制備的介孔碳基固體酸在果糖脫水生成5-HMF最優(yōu)反應(yīng)條件下反應(yīng)3.5 h，5-HM

4、F收率最高達(dá)到89.9mol%，重復(fù)使用三次，活性基本不變。
　　最后，用化學(xué)氣相沉積法制備出納米碳微球，再用濃硫酸磺化CVD碳材料制備出一系列CVD碳基固體酸催化劑催化果糖脫水成5-HMF反應(yīng)，考察了催化劑的制備條件對5-HMF收率的影響。結(jié)果表明，100 mL水熱反應(yīng)釜中加入0.5 g CVD碳和5 mL濃硫酸，在100℃下磺化12 h條件下制備的催化劑在果糖脫水生成5-HMF最優(yōu)反應(yīng)條件下反應(yīng)3.5 h，5-HMF收率最高達(dá)