MOFs制备及其催化纤维素制备有机酸类物质的机制研究

来源 :石河子大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:tiandiren100
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纤维素是生物质的重要组成之一,是取之不尽用之不竭的天然可再生资源,被认为是最有前途的高附加值化学品前驱体替代品之一。在纤维素转化得到的众多产物中,有机酸类物质作为重要的化工原料受到了人们的广泛重视。然而,在将纤维素转化为有机酸类物质的过程中仍然存在一些挑战。纤维素向有机酸类物质的转化遵循复杂的反应途径,导致最终产物庞杂。因此,迫切需要开发从纤维素至有机酸类物质的有效转化途径。由于独特的孔道结构、大比表面积以及多活性位点等特征,金属有机框架材料已在葡萄糖等小分子的催化转化中得到应用。然而,有关研究金属改性金属有框架材料作为催化剂用于水介质中催化纤维素转化却鲜有报道。基于此,本论文制备了一系列金属改性金属有框架材料催化剂,并用于纤维素在水介质中的催化转化,研究了金属改性金属有框架材料酸性以及负载的金属组分对纤维素转化产物分布、选择性及转化机制,从而为纤维素高效转化和资源化利用奠定基础。主要研究内容如下:(1)通过离子交换法以及等体积浸渍法将Ce、Ga和Co负载于UiO-66及UiO-66NH2之中,制作出一系列金属改性MOFs催化剂。采用XRD、TEM、BET、XPS及NH3-TPD等表征手段对催化剂各项结构参数进行表征。各项表征结果表明,金属能够较好地分散在载体上,不改变其基本骨架和孔结构,增加材料的总酸度。(2)使用M-UiO-66以及HM-UiO-66作为催化剂,探究纤维素在水介质中转化的产物分布以及催化性能,重点研究了反应时间、催化剂酸性以及负载的金属组分对纤维素转化产物分布以及产物产率的影响。结果表明,纤维素在水介质中转化的主要产物为有机酸类物质,在使用催化剂之后,各产物的选择性以及产率有明显提高。其中Br?nsted酸含量最高的HGa-UiO-66催化剂对乙酰丙酸的生成起到促进作用,得到了53%的选择性以及32%的产率,而Lewis酸含量最高的HCo-UiO-66对乳酸有着45%的选择性以及30%的产率。(3)以添加了碱性基团的M/UiO-66-NH2以及HM/UiO-66-NH2作为催化剂,研究了其对纤维素在水介质中催化转化的产物分布以及催化活性,考察了催化剂酸碱性以及负载金属类型对纤维素转化产物分布的影响。乙酰丙酸的生成受到Br?nsted酸含量的制约;乳酸的生成不仅与Lewis酸含量的有关,还与碱性的强弱有着密切联系;当催化体系碱性提高时,金属氧化物得以发挥出其催化氧化性能,使得甘油酸产率上升。当使用Co/UiO-66-NH2作为催化剂时得到了72%的甘油酸选择性以及30%的产率。
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