异丙醇介质中ZSM-5分子筛催化果糖脱水制备5-HMF的工艺研究

作     者：任傲天 徐玲 秦雯琪 聂仁峰 吕秀阳 

作者机构：浙江大学生物质化工教育部重点实验室浙江大学化学工程与生物工程学院 浙江科技大学生物与化学工程学院 生物基运输燃料技术全国重点实验室郑州大学化工学院 

出 版 物：《高校化学工程学报》 (Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(22278358 22078290) 

主　　题：果糖 5-HMF 异丙醇 ZSM-5分子筛 脱水 

摘      要：5-羟甲基糠醛（5-HMF） 是生物质基平台化合物之一。针对均相催化制备5-HMF中存在的催化剂分离困难、物耗大、污染严重等问题，本文开展了绿色溶剂异丙醇中固体酸催化果糖制备5-HMF的研究，在固体酸催化剂筛选的基础上，研究了工艺、动力学和催化剂回用。结果表明硅铝比为25的纳米级ZSM-5分子筛是异丙醇介质中果糖脱水制备5-HMF的较佳催化剂；通过优化得到较佳的工艺条件：果糖 0.04 g，ZSM-5 0.02 g，异丙醇4 mL，搅拌速率500 r·min-1，在150 ℃条件下反应4 h，5-HMF的收率达到59.1%；基于动力学研究得到异丙醇介质中果糖脱水制备5-HMF反应表观活化能为61.74 kJ·mol-1；催化剂重复使用实验表明反应的转化率有所下降，但反应的选择性基本不变；结合BET、XRD和NH3-TPD等表征，表明使用前后ZSM-5催化剂的晶体结构未发生变化，微孔和酸量有所下降，可能是由于反应生成的腐殖质覆盖了催化剂表面的部分酸性位点或孔道出现部分堵塞。研究工作将为5-HMF的绿色、高效制备提供新思路。