锡铝修饰固载磷钨酸催化剂催化葡萄糖合成5-羟甲基糠醛的研究

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纤维素类生物质作为一种产量丰富的可再生资源,经水解转化为葡萄糖并进一步催化转化为高附加值化学品是实现生物质资源在各领域应用的关键技术。而5-羟甲基糠醛作为一种重要的平台化合物,是生物燃料和精细化学品的重要基础原料之一。本文研究了葡萄糖为原料催化合成5羟甲基糖醛的催化剂的构建和催化性能。研究结果如下:1、将SnCl4和磷钨酸进行溶剂热法处理,并加入均苯三酸(BTC)以固载磷钨酸和调节孔结构。将溶剂热后的前驱体经焙烧处理得到锡修饰固载的磷钨酸催化剂。经表征分析表明,该催化剂中的磷钨酸强吸电子作用使得Sn4+附近产生大量正电荷,这可以作为Lewis(L)酸位点,催化剂表面较多的L酸位点有利于葡萄糖异构化的进行,磷钨酸与Sn-OH可作为Br(?)nsted(B)酸位点催化5-HMF的生成。而BTC的添加可以有效地固载磷钨酸,同时调控了催化剂的结构和孔径,增加了比表面积,更有利于反应物与活性中心相接触。将该系列的催化剂应用于葡萄糖合成5-羟甲基糠醛的反应中,2PW/Sn02-B的催化性能是最好的,得到了41.8%的收率和46.5%的选择性,并且重复利用六次活性基本保持稳定。2、探究了一种新工艺以铝为电极电絮凝磷钨酸(PW)并经过水热处理制得了铝修饰固载磷钨酸催化剂PWAl-200。通过电絮凝,PW在电解所得的水合铝中沉积。然后对所得絮凝物进行水热处理,制得固体酸。表征结果表明,电絮凝后,末端W=O对铝的吸电子作用使得在六配位铝上形成L酸位。PW中的H+可以提供B酸位。在进一步的水热法处理中,水合铝脱水并与PW形成修饰的六配位铝。它通过氧桥与杂多阴离子配体相连接,产生了更多的L酸性中心。另外,部分水合铝形成四配位铝,由于附近钨的强吸电子作用,它产生的正电荷增加了L酸位,使固体酸的Lewis/Br(?)nsted(L/B)酸调整到了的合适比例。所制得的催化剂催化葡萄糖合成5-羟甲基糠醛,在170℃下反应4 h时收率最高,达到61.7%,选择性为64.9%,并且催化剂可循环使用5次催化性能基本保持稳定。
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