5-羟甲基糠醛选择性加氢制2,5-二甲基呋喃

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5-羟甲基糠醛是由可再生的碳水化合物在酸性催化剂作用下水解得到的具有广泛用途的化合物,其结构中含有的多个官能团使得它可进行多种反应,生成不同产物,如呋喃类树脂、2,5-呋喃二酸等;同时5-羟甲基糠醛自身具有药物活性,因而在医药方面也发挥着作用;作为单体时5-羟甲基糠醛还可用来合成可生物降解的高分子材料;与其二取代衍生物可以替代石油燃料,是生物质资源与化石燃料能源转化的重要桥梁。2,5-二甲基呋喃因其具有能量密度高、辛烷值高、挥发性低,溶解度低,与汽油的性能类似的特点,既可以单独作为燃料使用也可以与汽油混用,性能更优于已经开发使用的乙醇燃料。目前用于5-羟甲基糠醛加氢制备2,5-二甲基呋喃的催化剂仍存在选择性不高,反应条件较为严苛、催化剂稳定性能不高等方面的不足。本文以5-羟甲基糠醛为原料选用不同催化剂催化5-羟甲基糠醛转化制备2,5-二甲基呋喃,通过对Mo含量及碳包覆Mo的热解温度的调变,制备出不同的催化剂,并对该系列催化剂进行了 XRD、TEM、XPS、TG、BET等表征。结果表明系列催化剂中的活性组分分散较均匀,水热合成的催化剂含有多级孔道,其中微孔数量较多,催化剂比表面积较大。将筛选出的催化剂应用于5-羟甲基糠醛选择性加氢制备2,5-二甲基呋喃的反应中,展现出了优良的催化性能。对选定的反应进一步条件优化,包括反应的溶剂选择即氢源的选择、温度、时间、压力等。通过对催化反应优化条件的系列实验结果得出:当5-羟甲基糠醛的用量为0.1 g,催化剂的用量为0.01g,乙醇20mL,氮气压力2 MPa,反应时间10h,反应温度180℃时,Mo(Ⅱ)@C-900催化剂在该条件下2,5-二甲基呋喃的收率达到了最高91.6%,原料5-羟甲基糠醛完全转化。循环稳定性实验结果表明,Mo(Ⅱ)@C-900催化剂的循环使用性能良好,在相同条件下循环使用五次后,原料的转化率与2,5-二甲基呋喃的收率略有降低,通过对循环前后催化剂的XRD、XPS、FTIR表征结果综合分析,其原因可能是由于循环利用过程中存在少许积碳覆盖于催化剂表面,同时存有部分副产物吸附于催化剂表面占据活性位点,进而导致催化剂活性降低。
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