多孔固體酸催化轉(zhuǎn)化纖維素制備糠醛的研究

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目錄
目錄 - I -
摘要 - III -
第一章 文獻(xiàn)綜述 - 1 -
1.1 研究背景 - 1 -
1.1.1當(dāng)今能源問題 - 1 -
1.1.2纖維素的性質(zhì)及應(yīng)用 - 1 -
1.2 離子液體在纖維素水解中的應(yīng)用 - 3 -
1.2.1纖維素的溶解方式 - 3 -
1.2.2離子液體的性質(zhì)及優(yōu)點 - 3 -
1.3 5-HMF的應(yīng)用及其制備 - 4 -
1.3.1 5-HMF的結(jié)構(gòu) - 4 -
1.3.2 5-HMF的應(yīng)用 - 5 -
1.3.3纖維素制備5-HMF的過程 - 6 -
1.4催化劑的應(yīng)用 - 6 -
1.4.1催化劑的性質(zhì)及分類 - 6 -
1.4.2大孔材料催化劑的優(yōu)點 - 7 -
1.4.3固體酸催化劑的分類及優(yōu)點 - 8 -
1.4.4吸附鉻離子制備催化劑的意義 - 9 -
1.4.5大孔催化劑的制備方法---高內(nèi)相乳液模板法 - 9 -
第二章 實驗部分 - 11 -
2.1 實驗材料與試劑 - 11 -
2.2 設(shè)備儀器 - 11 -
2.3 水包油高內(nèi)相乳液的制備 - 11 -
2.4 布朗斯特酸催化劑的制備 - 12 -
2.5 路易酸催化劑的制備 - 12 -
2.6 纖維素催化轉(zhuǎn)化5-HMF - 13 -
2.7 5-HMF產(chǎn)率測量 - 14 -
2.8實驗流程圖 - 14 -
第三章 結(jié)果與討論 - 14 -
3.1 大孔材料的電子掃描（SEM）分析 - 14 -
3.2 EDS分析 - 15 -
3.3 XPS分析 - 16 -
3.4紅外光譜測試 - 17 -
3.5 NH3-TPD測試 - 17 -
3.6催化性能研究 - 19 -
致謝 - 22 -
參考文獻(xiàn) - 23 -
Abstract - 26 -




摘要: 近年來，能源危機(jī)和燃燒化石能源帶來的環(huán)境污染時刻威脅著人類的生存和可持續(xù)發(fā)展。解決能源短缺和環(huán)境污染迫在眉睫，因此人們需要開發(fā)出清潔環(huán)保的可再生資源來替代傳統(tǒng)的化石能源。生物質(zhì)資源在自然界中廣泛存在，它是地球上最豐富的的可再生綠色資源。以可再生生物質(zhì)資源為原料、研發(fā)綠色化學(xué)工藝技術(shù)，制備生物質(zhì)基平臺化合物已經(jīng)成為現(xiàn)代化工工業(yè)的前沿課題。利用生物質(zhì)能源纖維素來制備5-羥甲基糠醛（5-HMF）是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用的重要途徑。5-HMF作為一種極具代表性的生物質(zhì)基平臺化合物，是眾多反應(yīng)的中間體、合成大環(huán)化合物、高分子材料與高附加值產(chǎn)品的前驅(qū)體。本課題研究內(nèi)容是在“綠色溶劑”—離子液體中以纖維素為底物用大孔固體酸催化劑一步催化轉(zhuǎn)化為重要平臺化合物5-HMF的過程。
大孔固體酸催化劑具有通透性高、不易失活、選擇性高、綠色環(huán)保等優(yōu)點，因而將其應(yīng)用到5-HMF的制備過程中一定會具有非常廣闊的前景。本課題利用高內(nèi)相乳液模板法合成大孔材料，再以大孔材料為模板吸附Cr3+來制備大孔固體路易斯酸催化劑，并將上述的大孔材料通過離子交換制備大孔固體布朗斯特酸催化劑，一系列的材料表征證明本實驗成功制備了大孔固體路易斯酸催化劑和布朗斯特酸催化劑，繼而將這兩種不同類型的大孔催化劑混合使用，一步催化轉(zhuǎn)化纖維素制備5-HMF。另外，本課題還考察了兩種催化劑用量，反應(yīng)時間，反應(yīng)溫度等因素對5-HMF得率的影響，最終探究出纖維素一步催化轉(zhuǎn)化的最佳適宜條件。當(dāng)催化溫度為120 ℃，加入布朗斯特酸催化劑量和路易斯酸催化劑量分別為30 mg和10 mg時，纖維素催化轉(zhuǎn)化1.0 h后制備得到5-HMF的最高收率為36.9%。


關(guān)鍵詞：纖維素；離子液體；5-羥甲基糠醛；高內(nèi)相乳液模板法；大孔固體酸催化劑