金属酸催化5-羟甲基糖醛转化为DMF和C5/C6烷烃液体燃料的研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:clj7724383
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着化石能源的高强度利用以及利用化石资源带来的一系列环境问题的日益严重,开发利用可替代的资源以实现人类社会的可持续发展迫在眉睫。生物质具有含量丰富、可再生性以及分布广泛等特点,因此将其转化成高附加值的化学品及液体燃料引起广泛的关注。在高品质燃料中,2,5-二甲基呋喃(DMF)具有较高的沸点、高能量密度、高的辛烷值和以及不溶于水等显著特点,使其成为一种新型的汽油燃料/添加剂,促进汽油的燃烧性能;除了DMF,C5/C6烷烃是现有汽油的重要组成成分,在提高汽油辛烷值和调节蒸汽压等方面不可或缺。木质纤维素是由木质素、半纤维素和纤维素三大部分构成,而纤维素含量最大,占到30-50%,实现纤维素高效的转化利用,具有非常重要的研究意义。5-羟甲基糠醛(HMF)可由纤维素水解及糖类进一步脱水制备而成,探究由HMF制备DMF和C5/C6烷烃,为纤维素的进一步高值化利用提供了理论支持。  在本文的工作中,首先,我们研究了在正丁醇体系中,探究金属酸双功能Ru-MoOx/C催化剂氢解HMF制备DMF的活性。我们通过对催化剂的物相结构、粒径、还原能力及酸度等方面探究,证实了在催化剂表面存在金属Ru粒子与酸性MoOx粒子之间的电子相互转移,这种电子转移进一步促进了Ru与MoOx的协同作用,从而促进HMF的氢解活性。另外通过NH3-TPD表征,随着MoOx负载量的增大,催化剂的酸性逐渐增强,酸性增强会进一步促进呋喃环开环等副反应的发生,从而为后续C5/C6烷烃的制备提供了实验思路。在最佳的实验条件下(180℃、1h、1.5Mpa),采用5%Ru-10%MoOx/C作催化剂,氢解HMF得到DMF的选择性为79.8%;  采用上述的Ru-MoOx/C催化体系,探索HMF加氢脱氧制备C5/C6烷烃的工艺条件。通过对工况条件的考察,在最佳的实验条件下(300℃、4h、4 MPa),采用2%Ru-20%MoOx/C作催化剂,C5/C6烷烃的选择性为67.4%。  进一步考察了Ru-MoOx/C催化剂的再生性能,在设定的实验条件下(180℃、1h、1.5Mpa),催化剂使用前三次,均能保持很好的DMF选择性,此后催化剂逐渐失活,通过再生性实验,催化剂的活性能够完全恢复;另外对反应前和反应后催化剂进行了相关的表征测试,结果表明:由于活性炭载体发生碳结块及反应过程中产生胡敏素等大分子物质,从而使载体表面比表面积和孔体积减小,导致催化剂的失活。  此外对HMF加氢脱氧制备C5/C6烷烃的反应路径进行了探索,在Ru-MoOx/C催化剂的作用下,Ru金属位可以吸附H2活化成H原子,HMF分子中的醛基(-CHO)优先在金属位发生氢解反应生成2,5-二羟甲基呋喃(DHMF),由于MoOx可以接受电子对,因此具有L酸的性质,中间体DHMF在酸性位的作用下进行两步脱羟基反应以5-甲基呋喃甲醇(MFA)为关键中间体生成目标产物DMF。当提高反应温度和压力时,生成的DMF会进一步水解开环生成2,5-己二酮和2,5-己二醇,然后在进一步加氢脱氧生成目标烷烃;采用单金属10%MoOx/C作催化剂时,反应结果表明:当催化剂表面只存在酸性位时,HMF分子中羟基(-CH2-OH)优先发生脱羟基反应生成5-甲基糠醛(5-MF),由于催化剂不存在金属活性位,5-MF很难被继续转化为DMF。  最后,考虑到贵金属成本较昂贵,很难实现工业化利用,通过文献调研,Mo2C具有类贵金属的性质,因此采用Mo2C催化体系,对HMF氢解制备DMF的活性进行初步探索,通过XRD表征,在不同的还原温度下,催化剂的衍射峰不同。此外对Mo2C催化HMF制备DMF的工况条件进行优化,在最佳的工况条件下(700℃还原、180℃反应、3MPa、6h),DMF的选择性为47.5%。虽然Mo2C催化剂的活性不如贵金属活性高,但是在后续的实验中通过有效手段提高Mo2C的活性,仍然有很大的提升空间,此部分只是为后续的反应奠定基础。
其他文献
有机膦化物在化学化工、生物、医药、材料领域有着非常重要的应用。本文主要介绍了一种过渡金属催化的以酰基膦为膦试剂的构建C-P键的方法。主要研究内容如下:  1.过渡金属
磁性纳米颗粒(magnetic nanoparticles,MNPs)作为一种新型纳米功能材料在近几十年得到了迅猛的发展。其中磁性复合粒子成为了近年来生物材料领域的研究热点之一,它具有尺寸小、
我静静地坐在镜前,看着镜中日渐衰老的容颜,不由得叹息了一声.轻挽起长发,忽然发现鬓角不知何时已爬上一缕白发,我的手不禁一抖,一声清脆的声响,在这安静的屋子里,像湖面突然
一名记者对新闻的敏感程度是其工作能力强弱的重要体现,因此,本文主要从多角度浅析电视新闻记者采访信息的敏感性。
《中共中央关于加强和改进党的作风建设的决定》公布后,许多部门、地区、单位掀起了一股学习贯彻热潮,声势和决心之大,令人敬佩、振奋。转变作风,必须正视问题,解决问题,不
热电材料又称温差电池材料,可以实现热能和电能的相互转换,是一种应用于温差发电和热电制冷的新型功能材料。Ⅴ-Ⅵ族系化合物的热电材料,是研究较早、发展较成熟、性能最好和应
民生新闻节目是电视节目中不容或缺的组成部分,其中民生节目可以满足人们对民生话题的关注,提高观众的观看兴趣,进而提升电视节目的收视率。但是从当前的发展趋势分析,电视民
近些年,纳米技术的迅猛发展,使其在电化学生物传感器的应用得到了深入的研究。在电化学生物传感器的构建过程中,生物酶的固定化是关键技术之一,至今,大量的报道证明载体材料的结构
广告电视新闻编辑是发现、搜集、整合最新消息的工作人员,其关键职责是通过编缉活动,让所有广播电视传播有组织、有计划、有规律的前进,能使得广播电视所播出时收到不错的效
随着社会的发展和科技的进步,我国新闻媒体在不断发展,人们对播音主持提出了更高的要求。在播音主持模式中,播音主持的亲和力能够体现以人为本,更好地为受众服务,从而满足听