不同碳载体负载金催化5-羟甲基糠醛生成2,5-呋喃二甲酸

作     者：桑宝乐 

作者单位：黑龙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁福龙

授予年度：2019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] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

主      题：5-羟甲基糠醛 2,5-呋喃二甲酸 金 石墨化碳载体 选择氧化 

摘      要：随着燃料的消耗率逐渐增加,生物质作为来源较广,且绿色环保的可再生资源引起了广泛的关注。其中5-羟甲基糠醛(5-HMF)作为生物质的代表,被评为最具研究价值的十二种生物平台分子之一。而5-HMF的氧化产物2,5-呋喃二甲酸(FDCA)不仅可以用于合成聚酯类化工产品,还可作为医药中间体和生产精细化工产品的重要原料。FDCA的广泛应用使5-HMF催化氧化制备FDCA的反应具有重要的意义,而制备适宜的催化剂对于促进5-HMF高效选择氧化生成FDCA更是至关重要。本论文以多孔碳球(PC)为载体,利用硼氢化钠还原法负载不同含量的Au,得到一系列催化剂进行5-HMF催化氧化活性测试。随着Au负载量的不断增加,5-HMF转化率没有明显的改变,但是FDCA的选择性不断提高。以4wt%Au/PC为催化剂时,可得到接近100%的5-HMF转化率和60%的FDCA选择性。通过XRD,SEM,N吸附-脱附等温曲线和XPS等一系列表征手段可知,贵金属并未均匀分散在载体上。通过原位自生长方法合成片状的石墨化碳(GC)为载体,同样利用硼氢化钠还原方法负载不同含量的Au,合成一系列的催化剂xwt%Au/GC(x=0.7,1.0,1.3,2.0和2.7)。对一系列催化剂进行5-HMF催化氧化活性测试,其中2.0wt%Au/GC可以实现100%的5-HMF转化率和97%的FDCA选择性,同时该催化剂具有较好的循环使用效果。对催化剂进行一系列XRD,SEM,N吸附-脱附等温曲线,ICP-OES,XPS和TEM表征对催化剂的性质以及结构进行分析。探究了不同催化剂表现出不同活性的原因。利用2.0wt%Au/GC探究了不同反应条件例如反应时间,反应温度以及反应压力对催化活性的影响。结合活性与表征可知Au为该催化剂的活性位点。另外,通过FTIR,TG-DTA,ESI-TOF等一系列表征对5-HMF氧化生成FDCA的反应路径进行详细的探究。