生物质甘油与α-氯丙酸催化制备乳酸的研究

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化石原料的消耗给环境带来了严重污染,利用可再生与环境友好的能源受到国内外越来越多的专家和研究人员的重视。随着绿色化学思想的深入,环境友好型化学品的使用越来越得到重视。乳酸就是一种对环境无污染的绿色化学品,已广泛应用于食品、医药、化妆品等行业。目前,乳酸的工业生产方法主要有发酵法和化学合成法,发酵法周期长,化学合成法原料毒性大。在乳酸需求量逐年增加的情况下,寻找经济环保的原料快速生产乳酸得到了许多学者的关注。随着生物柴油生产量的增加,副产物甘油的产量已经严重过剩,将其转化为高附加值的乳酸具有很好的应用前景和工业价值。本论文主要讨论了甘油催化脱氢和α-氯丙酸催化脱氯制备乳酸的研究。主要研究结果如下:  采用等体积浸渍法制备了Cu/MOx(MOx=ZnO2,Al2O3,SiO2,TiO2)型催化剂,Cu°作为催化反应的活性组分。载体的种类与活性组分含量影响Cu°的晶粒尺寸。采用高压反应釜催化甘油脱氢制备乳酸。在反应温度240℃、反应时间6h、1 mol/L甘油水溶液体积为100 mL下对制备的催化剂进行活性测试。其中Cu/ZnO催化剂相对于Cu/Al2O3、Cu/SiO2和Cu/TiO2具有较好的催化活性,其催化转化甘油的转化率和乳酸选择性分别为62%和60%。采用幂函数方程研究了甘油脱氢制备乳酸的动力学。  采用沉淀法,在室温下,以硫酸铜为原料在氢氧化钠的碱性条件下用抗坏血酸作还原剂制备了平均粒径在115-423 nm的氧化亚铜催化剂。在230℃的氢氧化钠水溶液中使用氧化亚铜作催化剂催化甘油水热转化脱氢制备乳酸,相对于单纯的只有氢氧化钠的甘油水溶液反应,氧化亚铜颗粒能够很好的催化甘油转化得到乳酸。较小颗粒的氧化亚铜颗粒展现出了比大颗粒的氧化亚铜更好的催化性能。在反应温度为230℃,甘油浓度范围在较宽的1-2.5 mol/L和在2.5%较低的氧化亚铜催化剂与甘油摩尔比,反应时间为2h下,甘油的转化率和乳酸的选择性可分别达到86.2%和87.2%。  以α-氯丙酸为原料,使用NaOH、KOH、Na2CO3、 K2CO3、 MgO和CaO作为碱源,催化α-氯丙酸脱氯制备乳酸。碱性催化剂在温和的条件下能很好的催化α-氯丙酸的水解。乳酸的选择性达到了100%。碱金属氢氧化物的催化效果明显比碱金属碳酸盐和碱土金属氢氧化物要好,其催化效果的活性顺序为:KOH>NaOH>K2CO3>Na2CO3>CaO>MgO。采用幂函数方程研究了α-氯丙酸水解制备乳酸的动力学。
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