【摘 要】
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近年来,随着化石资源的不断减少、全球环境和气候的恶化,寻求一种绿色、可持续的化石资源替代品受到了世界各国的广泛关注。生物质资源来源广泛、价格低廉,并广泛应用于各种化学品和燃料的制备,具有一定的发展潜力和研究价值。近年来,以生物质基糠醛为原料制备高附加值化学品的研究已经成为了一条高效利用生物质资源的有效途径。根据目前已有的报道和最新的研究进展与存在的问题,本论文从可持续发展的理念出发,开发了一系列绿
【基金项目】
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广州市科技计划项目(202002030157)
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近年来,随着化石资源的不断减少、全球环境和气候的恶化,寻求一种绿色、可持续的化石资源替代品受到了世界各国的广泛关注。生物质资源来源广泛、价格低廉,并广泛应用于各种化学品和燃料的制备,具有一定的发展潜力和研究价值。近年来,以生物质基糠醛为原料制备高附加值化学品的研究已经成为了一条高效利用生物质资源的有效途径。根据目前已有的报道和最新的研究进展与存在的问题,本论文从可持续发展的理念出发,开发了一系列绿色、高效且易于回收的催化剂,并应用于一系列糠醛基化合物加氢高值化转化的研究。本论文针对糠醛、糠醇催化加氢制备高附加值化学品糠醇和戊二醇的反应,首先,探索出三种催化剂,分别是环保高效的硼掺杂磁性锆基催化剂,Pt/C和CaO的组合催化剂以及Pt基类水滑石催化剂。其次,利用各种表征手段对上述催化剂结构、元素组成和形貌等特性进行了研究,系统地考察了反应温度以及反应时间等单因素对催化剂反应活性的影响。最后,将上述制备催化剂应用于糠醛基化合物催化加氢制备高附加值化学品糠醇和戊二醇的反应,结果表明:(1)硼掺杂磁性锆基催化剂能够高效催化糠醛催化转移加氢制备糠醇,在最佳反应条件下,糠醛几乎完全转化,糠醇的得率可达到95%以上,同时,反应动力学发现Zr1B3FeO催化剂催化糠醛转移加氢制备糠醇能够得到48.3k J/mol的活化能,催化剂回收实验验证了该催化剂具有良好的稳定性,5次回收实验后仍能够保持较高的反应活性;(2)贵金属Pt具有较好的还原能力,能够有效地促进糠醇加氢反应的发生,本论文在Pt/C催化剂中通过添加CaO来灵活调控催化体系的碱性位点,进而促进戊二醇的生成。在最佳反应条件下,糠醇98μL,异丙醇10 m L,Pt/C和CaO各100 mg,在170℃温度下反应6 h,1,5-戊二醇和1,2-戊二醇的选择性达到峰值,选择性分别为13%和33.3%。(3)本文将Pt元素引入水滑石催化剂中,验证了该催化剂对糠醛加氢制备1,2-戊二醇和1,5-戊二醇的反应活性。通过探索不同反应时间和反应温度对该反应的影响,确定了反应的最佳反应条件,在最佳温度150℃下反应6 h,1,2-戊二醇的选择性高达47.2%,1,5-戊二醇的选择性为35.3%。综上所述,本论文在前人研究的基础上,成功制备了硼掺杂磁性锆基催化剂、Pt/C、CaO组合催化剂、Pt基水滑石三种催化剂。该研究不仅为糠醛的高值化利用提供了一条经济绿色的工艺路线,而且为生物质基平台化合物的合成提供了新的思路。
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