生物质糖类水解加氢/氢解产物分布的研究

作     者：常翠荣 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王华;刘红光

授予年度：2016年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070305[理学-高分子化学与物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 

主      题：固体酸催化剂 加氢催化剂 逆羟醛缩合 纤维素 水解加氢/氢解 

摘      要：纤维素是自然界中储量最丰富的有机碳源,将其高效地转化为平台化合物是缓解化石能源危机的重要手段。本论文以调控纤维素水解加氢/氢解制多元醇的产物分布为目的,通过改变催化体系的酸性位、加氢位,针对纤维素转化过程中逆羟醛缩合反应,探究影响糖类水解加氢/氢解制备多元醇产物分布的因素。生物质糖类水解氢解过程中涉及到逆羟醛缩合反应C-C键断裂,并直接影响糖类水解加氢/氢解制多元醇的产物分布。以果糖在甲醇中的催化转化为探针反应,制备了一系列具有不同B酸位、L酸位特征的固体酸催化剂γ-AlO、HZSM-5、SnOPO、SnZrOPO(1:1)、SO/ZrO2,研究固体酸催化剂表面B酸位、L酸位对单糖经逆羟醛缩合反应C-C键断裂的影响,以期发现利于单糖发生逆羟醛缩合反应C-C键断裂的酸性位。结果表明L酸位有利于单糖发生逆羟醛缩合反应,果糖经C-C键断裂生成甘油醛,在甲醇环境中最终转化为乳酸甲酯。而B酸位催化果糖脱水转化为HMF衍生物,而不利于单糖发生逆羟醛缩合反应。以钨基催化剂WZr/SBA-15、γ-AlO、HZSM-5为酸催化剂,Ru/C、Ni/MC为加氢催化剂,用于纤维二糖和葡萄糖氢解,研究固体酸对糖类水解加氢/氢解制多元醇的影响。结果表明,纤维二糖转化率与固体酸总酸量呈正相关性,C-C醇的选择性与固体酸L酸量呈正相关性,其中WZr/SBA-15催化效果最佳,纤维二糖的转化率达97.6%,C-C醇的选择性达49.7%。钨基催化剂WZr/SBA-15具有明显的C-C断键作用,且有利于生成乙二醇,γ-AlO、HZSM-5有利于生成丙二醇和甘油;WZr/SBA-15、γ-AlO对葡萄糖转化率均有一定程度的提高,HZSM-5对葡萄糖转化率的影响不大。以WZr/SBA-15为固体酸催化剂,Ru/C、Ni/MC为加氢催化剂,用于纤维二糖和纤维素的水解氢解,研究加氢催化剂对糖类水解加氢/氢解产物分布的影响。结果表明,Ru/C与Ni/MC催化所得C-C醇的收率接近,Ni/MC降低了加氢产物山梨醇的收率,使得水解氢解为主导反应路径,WZr/SBA-15催化纤维二糖180°C反应120 min,乙二醇的收率达35.4%,山梨醇的收率为12.9%。WZr/SBA-15催化磷酸纤维素225°C反应30 min,乙二醇的收率为35.8%,而山梨醇的收率仅为5.5%。