固体酸催化果糖合成5-羟甲基糠醛研究进展

5-羟甲基糠醛(5-HMF)是美国能源部认定的来源于生物质的重要平台化合物之一。研究表明5-HMF可通过催化葡萄糖和果糖水解制备,但与葡萄糖相比,果糖具有转化效率高等优点,被认为更适合转化合成平台化合物。固体酸作为催化剂因具有产物易分离、回收和不腐蚀设备等优点,近年来被广泛应用于催化领域。主要就近年来固体酸催化果糖合成5-HMF方面的研究进展加以综述,重点概述了固体酸催化果糖制备5-HMF机理,种类及催化性能,并对其未来的发展前景进行了展望。     

固体酸催化果糖合成5-羟甲基糠醛研究进展

5-羟甲基糠醛(5-HMF)是美国能源部认定的来源于生物质的重要平台化合物之一。研究表明5-HMF可通过催化葡萄糖和果糖水解制备,但与葡萄糖相比,果糖具有转化效率高等优点,被认为更适合转化合成平台化合物。固体酸作为催化剂因具有产物易分离、回收和不腐蚀设备等优点,近年来被广泛应用于催化领域。主要就近年来固体酸催化果糖合成5-HMF方面的研究进展加以综述,重点概述了固体酸催化果糖制备5-HMF机理,种类及催化性能,并对其未来的发展前景进行了展望。     

造纸污泥基固体酸催化D-果糖转化5-羟甲基糠醛

以含有丰富金属离子的造纸污泥为原料，通过高温煅烧法制备生物炭（SBC），并与对氨基苯磺酸进行接枝，制备了一种高效碳基固体酸催化剂（S-SBC）。通过FTIR、XRD、SEM等对催化剂的组成、形貌、结构、酸负载量、比孔径及比表面积等进行表征。将该催化剂用于D-果糖转化为5-羟甲基糠醛（HMF）反应，对反应时间、反应温度、催化剂用量及溶剂种类、D-果糖质量分数等影响因素进行考察，并与用杨木为原料且采用相同方法制备的杨木炭催化剂（S-PBC）进行比较，结果表明，S-SBC的催化活性优于S-PBC。S-SBC同时含有由金属离子形成的Lewis酸位点以及—SO3H等形成的Brönsted酸位点，两种酸位点在催化D-果糖脱水制备5-羟甲基糠醛的过程中具有协同作用。S-SBC在二甲基亚砜中130 ℃下催化反应40 min， HMF收率高达95.2%。连续使用4次后，催化活性没有明显下降。     

WO3/Nb2O5固体酸催化果糖制备5-羟甲基糠醛

采用浸渍法制备氧化铌负载氧化钨固体酸催化剂,用XRD、EDS、TEM、NH3-TPD、Py-IR、BET、BJH对催化剂的结构、组分、形貌、酸性、比表面积及孔径等进行表征;并将其用于催化果糖转化为5-羟甲基糠醛( HMF) 反应,对氧化钨负载量、反应时间、反应温度、催化剂用量等影响因素进行考察。结果表明,氧化钨负载量对催化剂结构、酸性以及催化活性均有影响：随着WO3负载量的增加,氧化钨分子从表面分散的非晶态WO3转变为结晶WO3,且Nb2O5上适量的WO3产生大量强酸位点,使催化剂的Brønsted酸含量增加,从而使果糖的转化率得到提高;但结晶WO3却不利于HMF的生成。当氧化钨的负载量为5%时 ,在催化剂加入量为100mg,170 ℃条件下反应1 h,HMF选择性 较高为85.4%,收率可达49.6%。     

造纸污泥基固体酸催化D-果糖转化为5-羟甲基糠醛

通过高温煅烧造纸污泥制备了生物炭(SBC),然后用对氨基苯磺酸对SBC进行接枝,制备了一种碳基固体酸(S-SBC)催化剂.采用FTIR、XRD、SEM、N2吸附-脱附、XPS对催化剂进行了表征.将该催化剂用于D-果糖转化为5-羟甲基糠醛(HMF)反应,考察了反应时间、反应温度、催化剂用量及溶剂种类、D-果糖含量对HMF收率的影响,并与用杨木为原料且采用相同方法制备的杨木碳基对氨基苯磺酸接枝生物炭催化剂(S-PBC)进行比较.结果表明,S-SBC的催化活性优于S-PBC.S-SBC同时含有由金属离子形成的Lewis酸位点以及—SO3H等形成的Br?nsted酸位点,两种酸位点在催化D-果糖脱水制备HMF的过程中具有协同作用.S-SBC在V(H2O):V(二甲基亚砜)=0.5:4.5混合溶液中130℃下催化反应40 min,HMF收率高达95.2％,连续使用4次后,催化活性没有明显下降.     

造纸污泥基固体酸催化D-果糖转化为5-羟甲基糠醛

通过高温煅烧造纸污泥制备了生物炭(SBC),然后用对氨基苯磺酸对SBC进行接枝,制备了一种碳基固体酸(S-SBC)催化剂.采用FTIR、XRD、SEM、N2吸附-脱附、XPS对催化剂进行了表征.将该催化剂用于D-果糖转化为5-羟甲基糠醛(HMF)反应,考察了反应时间、反应温度、催化剂用量及溶剂种类、D-果糖含量对HMF收率的影响,并与用杨木为原料且采用相同方法制备的杨木碳基对氨基苯磺酸接枝生物炭催化剂(S-PBC)进行比较.结果表明,S-SBC的催化活性优于S-PBC.S-SBC同时含有由金属离子形成的Lewis酸位点以及—SO3H等形成的Br?nsted酸位点,两种酸位点在催化D-果糖脱水制备HMF的过程中具有协同作用.S-SBC在V(H2O):V(二甲基亚砜)=0.5:4.5混合溶液中130℃下催化反应40 min,HMF收率高达95.2％,连续使用4次后,催化活性没有明显下降.     

造纸污泥基固体酸催化D-果糖转化为5-羟甲基糠醛

通过高温煅烧造纸污泥制备了生物炭(SBC),然后用对氨基苯磺酸对SBC进行接枝,制备了一种碳基固体酸(S-SBC)催化剂.采用FTIR、XRD、SEM、N2吸附-脱附、XPS对催化剂进行了表征.将该催化剂用于D-果糖转化为5-羟甲基糠醛(HMF)反应,考察了反应时间、反应温度、催化剂用量及溶剂种类、D-果糖含量对HMF收率的影响,并与用杨木为原料且采用相同方法制备的杨木碳基对氨基苯磺酸接枝生物炭催化剂(S-PBC)进行比较.结果表明,S-SBC的催化活性优于S-PBC.S-SBC同时含有由金属离子形成的Lewis酸位点以及—SO3H等形成的Br?nsted酸位点,两种酸位点在催化D-果糖脱水制备HMF的过程中具有协同作用.S-SBC在V(H2O):V(二甲基亚砜)=0.5:4.5混合溶液中130℃下催化反应40 min,HMF收率高达95.2％,连续使用4次后,催化活性没有明显下降.     

WO3/Nb2O5固体酸催化果糖制备5-羟甲基糠醛

采用浸渍法制备五氧化二铌(Nb2O5)负载三氧化钨(WO3)固体酸催化剂,用XRD、EDS、TEM、NH3-TPD、Py-IR、BET、BJH对催化剂的结构、组分、形貌、酸性、比表面积及孔径等进行表征;并将其用于催化果糖转化为5-羟甲基糠醛(HMF)的反应,对WO3负载量、反应时间、反应温度、催化剂用量等影响因素进行考...     

造纸污泥基固体酸催化果糖制备5-羟甲基糠醛

为解决传统碳基固体酸制备用酸量大、用水量大的问题以及促进造纸污泥深加工再利用,以造纸污泥为原料采用高温煅烧法并负载对甲苯磺酸制备了一种高效碳基固体酸催化剂(p-SBC).采用SEM、XRD、FTIR和XPS等对p-SBC的形貌和结构进行表征,使用该催化剂催化果糖脱水制备5-羟甲基糠醛(HMF),考察了催化剂煅烧时间、对...     

固体酸催化果糖制备5-羟甲基糠醛的研究

研究了以二甲基亚砜为溶剂、TiO_2-SiO_2为催化剂催化果糖脱水生成5-羟甲基糠醛(HMP)的反应,分别考察了不同摩尔比TiO_2-SiO_2催化剂、反应时间、催化剂用量、果糖添加量等工艺参数对果糖脱水制备HMF催化活性的影响.在TiO_2-SiO_2作为催化剂、150℃和反应3 h的条件下,5-羟甲基糠醛的收率可达83.8%.     

介孔磷酸铌一锅法催化葡萄糖制备5-羟甲基糠醛

水热法制得介孔磷酸铌(m-NbP)固体酸催化剂,并用X-射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、氨气程序升温脱附(NH_3-TPD)、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)等手段对m-NbP进行了结构和酸性质表征。将m-NbP用于催化水-DMSO两相体系葡萄糖一锅法合成5-羟甲基糠醛(5-HMF),考察了催化剂用量、水与DMSO体积比、反应温度、反应时间及催化剂循环利用次数对5-HMF收率的影响,并与其他三种催化剂(Amberlyst-15、Nb_2O_5及m-NbP-F127)比较催化性能。结果表明,m-NbP具有介孔结构和大量表面强酸性位,因而催化性能突出;当m(葡萄糖)∶m(m-NbP)=2∶1、V(水)∶V(DMSO)=1∶1、170℃反应1.5 h时,5-HMF的收率高达47.0%,且m-NbP经烧焦再生可重复利用5次而无明显失活。因此,m-NbP固体酸催化性能突出,能够高效催化葡萄糖一锅法制备5-HMF。     

固体酸催化淀粉一锅法制备果葡糖浆的研究

研究了几种负载型固体酸催化剂催化淀粉转化为果葡糖浆的催化效果,其中,超稳Y型分子筛（USY）负载硫酸制备得到的SO₄^2-/USY可以作为双功能催化剂,既催化淀粉水解为葡萄糖,又使葡萄糖异构为果糖,实现了淀粉一锅法制备果葡糖浆的工艺途径,具有良好的催化效果。对催化剂的制备条件进行优化,发现较佳的制备条件为1.5 mol/L H₂SO₄和550℃的焙烧温度。以此为催化剂对反应条件进行优化,获得较佳的反应条件是5%淀粉（淀粉/水）、催化剂用量为淀粉质量的30%、反应温度为150℃、反应时间为1 h、转速400 r/min,得到的果葡糖浆得率为86.18%,含58.34%的葡萄糖和27.84%的果糖。对催化剂进行物理吸附表征,发现USY具有较高的比表面积和孔隙度,通过浸渍焙烧过程能有效使硫酸通过键合作用吸附在USY表面上。对催化剂进行NH₃程序升温脱附和元素分析表征发现,催化剂的重复使用活性降低与含碳有机质沉积和催化活性中心的SO₄^2-流失有关。通过简单的焙烧（除去表面积碳）和硫酸中浸渍活化（增加SO₄^2-）的催化剂再生方法,可以有效地恢复SO₄^2-/USY的催化活性。     

Dehydration of Ethanol into Ethylene over Solid Acid Catalysts

The dehydration of ethanol into ethylene was investigated over various solid acid catalysts, such as zeolites and silica–alumina, at temperatures ranging 453–573 K under atmospheric pressure. Ethylene was produced via diethyl ether during the dehydration process. H-mordenites were the most active for the dehydration. It was suggested that the catalyst activity could be correlated with the number of strong Br?nsted acid sites in the catalyst. Further, the H-mordenite was more stable with a SiO₂/Al₂O₃ ratio of 90 than with a SiO₂/Al₂O₃ ratio of 20.     

磺酸功能化钛纳米管催化合成乙酰丙酸正丁酯

以水热法合成的二氧化钛纳米管为载体,将其与3-巯丙基三甲氧基硅烷、双氧水反应,制备了磺酸功能化钛纳米管催化剂(TNTs-SO_3H),采用XRD、FTIR、TEM、TG、UV-Vis及Hammett指示剂法对催化剂的结构和性能进行了表征与测试。以催化合成乙酰丙酸正丁酯为探针反应,考察了TNTs-SO_3H的催化性能。结果表明:当n(乙酰丙酸)∶n(正丁醇)=1∶5、TNTs-SO_3H用量为乙酰丙酸质量的10%、反应温度120℃、反应时间4 h时,乙酰丙酸正丁酯的收率可达86.5%,TNTs-SO_3H重复使用7次后,乙酰丙酸正丁酯收率仍达81.2%。     

固体酸催化合成棕榈酸乙酯

制备了TiO2/SO2-4、ZrO2/SO2-4、大孔磺酸树脂负载AlCl3等固体酸催化剂,考察了催化剂种类(包括所制备的固体酸和磷钨酸、硅钨酸等杂多酸)、用量、反应时间、物料摩尔比等对酯化反应的影响。选TiO2/SO2-4做催化剂,并采用正交实验技术,优化出较佳合成工艺条件,即:反应温度80℃,反应时间12h,n(棕榈酸)∶n(乙醇)=1∶9,m(催化剂)∶m(棕榈酸)=0 08∶1。棕榈酸乙酯的收率可达96 19%。     

硫酸型固体酸催化剂的研究概况

硫酸型固体酸催化剂作为一种新型固体酸催化材料,具有无卤素离子、无污染无腐蚀、易于反应物分离以及在高温仍保持活性和稳定性等优点。本文着重介绍了固体酸催化剂的概况和研究进展,最后阐述了硫酸型固体酸催化剂目前存在的问题。     

用于酯化反应的堇青石担载固体酸催化剂的制备工艺探索

以堇青石为载体担载固体酸催化剂活性组分,以乙酸与乙醇合成乙酸乙酯的反应为模型反应,考察多种制备条件对堇青石担载固体酸催化剂酯化活性的影响,筛选最佳制备工艺. 结果表明,固体酸颗粒悬浊液性质均一、稳定,浸渍液中添加g-Al2O3或聚乙二醇会阻碍催化剂表面活性的发挥. 以悬浊液为浸渍液,1 mol/L H2SO4溶液达50%(j)的工艺条件下,堇青石担载固体酸催化剂酯化活性最高. 堇青石表面担载的固体酸是酯化活性中心,全回流反应100 min,乙酸的转化率达到79.2%,二次利用时转化率为一次转化率的95.6%. 堇青石担载固体酸催化剂制备工艺的平行性和稳定性较好,催化剂外形规整,孔道均匀整齐,在保持高活性的同时,达到催化剂成型和提高酯化催化剂经济性的目的.     

粉煤灰复合固体酸催化合成乳酸正丁酯的研究

以乳酸和丁醇为原料,在粉煤灰复合固体酸的催化下,对合成乳酸正丁酯的工艺进行了实验研究,其优惠制备条件为:浸泡硫酸浓度为0.5mol/L,浸泡时间为6h,焙烧温度为550℃,焙烧时间为3h,优化酯化反应条件为:醇酸摩尔比为3∶1,催化剂的用量为乳酸质量的3.0%,反应时间为2h,酯化率可达98.8%。     

碳基固体酸催化剂的制备与应用

碳基固体酸是一种新型固体酸催化剂。本文介绍了碳基固体酸催化剂酸量高、催化活性和选择性好、易回收再生使用和对设备腐蚀性小等优点,归纳了碳基固体酸催化剂按普通、多孔和有序中孔等不同结构进行的分类,总结了各类碳基固体酸催化剂的制备方法及其在有机反应中的应用。