多级孔碳负载钼催化木质素醇解研究

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木质素是自然界唯一含有苯环结构的可再生绿色资源,具有部分替代石油作为制备芳香族化学品原料的潜力。因此,木质素的高值化利用是我国达成“双碳”战略目标,减轻对化石资源依赖的重要途径。木质素大分子的复杂结构与化学键构成是制约木质素高值化利用的关键。开发具有高活性的催化剂体系,并改善木质素大分子在催化剂上的传质效率,是近年来科研与工业界研究者关注的重点。碳负载型非贵金属催化剂由于其较高的催化活性、可调的孔道结构以及稳定的化学性质等优点而被广泛应用到木质素转化反应中。但在常规的微孔碳载体催化剂体系中,木质素的传质过程受到催化剂中微孔结构的限制,进而影响其催化活性。因此,本论文通过采用不同的制备方法获得具有不同孔结构的多级孔碳负载型钼催化剂,以强化木质素在体系中的传质;同时,在活性中心钼的催化作用下,选择性地获得对羟基肉桂酸乙酯,并利用多种催化剂的表征方法对催化作用机制与木质素转化机理进行分析,论文主要内容包括:1、选用酶解木质素为碳源,利用“一锅法”,同步碳化与负载金属活性中心,获得负载型Mo-N-C催化剂,并将其用于催化木质素醇解,获得对羟基肉桂酸乙酯。通过静态吸附、N2吸脱附、X射线衍射等表征技术,对催化剂的组成与结构进行分析,并考察反应温度、时间等反应条件对有机溶木质素醇解的影响。此外,还利用木质素模型化合物在上述催化剂作用下的转化反应,对木质素醇解反应中的结构变化规律进行分析与阐释。2、通过引入造孔剂和氮源,以酶解木质素为碳源,采用两步法,制备了包含微孔、介孔和大孔的木质素基氮掺杂多级孔碳载体,通过湿浸渍法将活性中心Mo负载在碳载体上制备了负载型催化剂,并探究其催化有机溶木质素醇解的性能,实验证明在优化条件下(180 oC,4 h),对羟基肉桂酸乙酯的收率可达12.83 wt.%,且催化剂中起主要催化作用的催化活性中心为分散度高的Mo O2。通过模型化合物初步探究了催化剂的断键能力,并结合现代催化表征技术,进一步探究了催化剂的构效关系以及木质素的结构变化规律。
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