碳水化合物催化转化合成5-羟甲基糠醛和乙酰丙酸甲酯的研究-化学工程专业论文.docx

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。（必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要近几十年来，随着石油类资源的逐渐枯竭及其在使用过程中所引起的环境污染问题日益加剧，科学家已逐渐把可再生能源的有效利用放在重要地位。其中，以碳水化合物及其水解衍生物为原料合成高附加值化学品是当前催化领域的研究热点之一。研究发现，六碳糖生物质原料在合适的条件下可以转化成5-羟甲基糠醛（HMF）或乙酰丙酸酯类（LEs）产品，目标产物HMF和LEs 均为工业化学品的重要平台化合物，在不同的工业领域发挥着重要的作用，因此生物质资源高效转化合成HMF及LEs具有重大的科学和经济意义。论文中，首先研究了催化果糖选择脱水合成HMF反应过程；采用共聚法和无机- 有机杂化方法合成了聚对苯乙烯磺酸（PSS）、聚对苯乙烯磺酸包裹石墨（PSS-C）和聚对苯乙烯磺酸包裹石墨氧化物（PSS-GO）三种有机薄膜催化材料，借助红外光谱法(FTIR)、热重技术(TG)、X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和物理吸附法(BET)等手段对催化剂进行了测试和表征，进而，将它们应用到果糖脱水反应中，研究表明，使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）为溶剂时，目标产物HMF 的收率较高。对反应条件进行优化后，发现当温度为160 °C，时间为4 h时，以PSS, PSS-C 和PSS-GO为催化剂，产物HMF 的收率分别达69.8 %，74.8 %和76.5%。其次，研究了甲醇溶液中催化葡萄糖高效转化合成乙酰丙酸甲酯（MLE）反应过程；分别使用Br?nsted酸、主要Lewis 酸以及混合酸作催化剂；实验结果表明，单独的B酸或L酸均不能很好地催化反应，而混合酸的催化效果非常好；其中，将对甲苯磺酸和Sn-β分子筛组合为催化体系时，葡萄糖在甲醇中的转化效果最好，产物MLE的最高收率为68.3 %。最后，详细研究了糠醇在甲醇溶液中醇解的反应过程；同样采用有机薄膜材料催化剂PSS,PSS-C和PSS-GO,研究表明在较低温度时三者的催化活性相当，而当温度升高至高温160°C并且反应6h时，PSS 催化剂的催化效果提升幅度较大，乙酰丙酸甲酯（MLE）的收率为88.1%，而在同样条件下，以PSS-C和PSS-GO为催化剂时，MLE的产率分别为73.1% 和70.8 %。进一步，在优化反应条件后，MLE最高收率可到96.4 %左右。关键词：六碳糖脱水醇解 5-羟甲基糠醛乙酰丙酸甲酯生物质转化AbstractWiththegradualdiminishingofpetrochemicalresourcesandtheseriousenvironmentalproblemcausedbyusingpetroleumresourcesoverthepastdecades,researchershavealready graduallypaidattentionsontheconversionofrenewableresourcestoproducevariouschemicals andliquidfuelstoreplacethefossilfuelsinthefuture.Thesynthesisofhighvalue-addedfinechemicalsutilizingcarbohydratesanditshydrolysisderivativesasrawmaterialsbecomeoneof themostresearchhotspotsinthecurrentcatalyticfield,inwhichitisfoundthatbiomassderived hexosescanbetransformedinto5-hydroxymethylfurfural(HMF)orlevulinicesters(LEs) chemicalsatsuitableconditions.Moreover,bothofthesetwotargetproductsplayan