One-pot base-free conversion of glycerol to alkyl lactate using heterogeneous catalysts

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生物质作为一种丰富的可再生资源,可部分替代化石资源。从而减轻化石资源过度消耗带来的环境和经济压力。由生物质转化制备燃料或者化学品引起众多研究者的兴趣。其中,研究生物质转化制备高附加值化学品备受关注。乳酸(酯)是一种重要的平台化合物,具有广泛用途。丙三醇作为生物柴油的主要副产物,年产量大。研究催化丙三醇转化制备乳酸(酯)具有重大的科学意义和应用价值。  论文设计并制备了Au/Sn-USY双功能催化剂,用于无碱一步催化丙三醇转化制备乳酸酯。研究了催化剂制备条件、反应条件等对催化剂结构及催化性能的影响。Au溶胶pH的影响:当Au溶胶的pH较低(pH=1)或较高(pH=7)时均会导致形成较大的Au纳米颗粒(>10 nm),使催化剂活性降低,pH=3或5时,Au纳米颗粒尺寸较小(<10 nm)。PVA与Au质量比的影响:PVA与Au的质量比等于1时,Au颗粒平均尺寸为6.2 nm,PVA的量过低或过高时,将导致Au纳米颗粒长大。Sn含量的影响:当Sn含量为0 wt%到2 wt%时,Sn主要进入分子筛骨架,形成Lewis酸性位;当Sn含量超过2 wt%(如3 wt%或4 wt%)时,过量的Sn与脱铝后介孔周围的Si-OH作用,形成非骨架Sn。这部分非骨架Sn与Au之间通过相互作用,使Au均匀分散于分子筛的介孔周围,得到颗粒尺寸较小,且分布均匀的纳米Au颗粒。将制备条件优化后的催化剂用于目标反应,并对反应时间、反应温度、催化剂量等条件进行优化,发现在160 ℃条件下,反应10 h,乳酸甲酯收率可达79%,选择性达90%。  论文进一步对低温条件下催化丙三醇转化制备乳酸酯进行了研究,课题组已经实现了1,3-二羟基丙酮(DHA)室温转化制备乳酸酯,因此,本文重点研究低温催化丙三醇转化制备DHA。以不同来源的CuO为载体,制备Au/CuO催化剂,在甲醇溶剂中,低温催化丙三醇转化为DHA。发现不同来源的CuO载体,形貌及物理化学性质差异较大,对Au的催化氧化性能影响显著。以醋酸铜热分解得到的CuO负载Au后活性较好,50 ℃条件下,反应4 h,丙三醇转化率可达55%,DHA收率为33%。实现了醇溶剂中,低温催化丙三醇转化为中间产物DHA。
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