【摘 要】
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糖蜜、秸秆等生物质资源是一种良好的可再生资源,可以作为具有高附加值化学品的生产原料,吸引了众多科研人员的关注。5-羟甲基糠醛(HMF)和乙酰丙酸(LA)是公认具有重大潜能的新型绿色平台化合物,具有良好的化学性质,可衍生出大量具有广泛应用价值的化学品,对于化工、食品、医药等行业具有重要意义。本课题以甘蔗糖蜜为研究对象,以糖蜜中主要有效成分蔗糖为反应底物,详细研究了蔗糖和糖蜜转化制备HMF和LA的过程
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糖蜜、秸秆等生物质资源是一种良好的可再生资源,可以作为具有高附加值化学品的生产原料,吸引了众多科研人员的关注。5-羟甲基糠醛(HMF)和乙酰丙酸(LA)是公认具有重大潜能的新型绿色平台化合物,具有良好的化学性质,可衍生出大量具有广泛应用价值的化学品,对于化工、食品、医药等行业具有重要意义。本课题以甘蔗糖蜜为研究对象,以糖蜜中主要有效成分蔗糖为反应底物,详细研究了蔗糖和糖蜜转化制备HMF和LA的过程。对蔗糖和糖蜜制备HMF研究过程主要考察催化剂、反应体系以及反应条件等因素的影响。研究结果表明路易斯酸AlCl3能有效的催化蔗糖产HMF。将AlCl3与布朗斯台德酸联合使用并未显著提高HMF产率,仅是缩短了达到最大HMF产率的反应时间。GVL具有无毒、可再生和可生物降解等特性使其成为生产HMF的理想有机溶剂。在GVL/水(8:2,V/V)反应体系中加入1 mol/L KCl或NaCl,AlCl3催化蔗糖脱水得到的HMF产率达到53.5%。将蔗糖底物替换为与其等摩尔葡萄糖和果糖对生产HMF没有显著影响,但用实际糖蜜代替蔗糖溶液会导致HMF产率显著下降。经化学方法处理后,糖蜜产HMF的产率较未处理糖蜜略有增加,仍显著低于以糖蜜模拟液为底物时的HMF产率。对液体酸在纯水相体系中催化合成LA进行了条件优化,得到60 g/L蔗糖(糖蜜稀释6倍后的蔗糖浓度)制备LA的最优反应温度为160℃,催化剂用量为0.1M AlCl3+0.3M HCl。在此条件下,LA产率可达到67 mol%。然后以甘蔗糖蜜为实验原料,系统考察了糖蜜中非糖成分对液体酸催化糖蜜制备LA的影响。实验发现悬浮物和胶体颗粒以及色素对LA合成无显著影响。用阴离子交换树脂D296R和阳离子树脂D001x7分别吸附去除糖蜜中的大部分阴离子和阳离子后,LA产率均有显著提高。进一步的验证实验表明阴离子SO42-和阳离子Ca2+和Mg2+对LA制备具有抑制作用。此外,对两种固体酸即强酸型阳性树脂Amberlyst-15和沸石HZSM-5进行了改性,并将改性后的固体酸催化剂应用于催化蔗糖合成LA的研究。实验结果发现改性并不能显著提高固体酸的催化活性。
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