金属卟啉及磁性金属卟啉复合物催化氧化木质素的研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FishGWDC
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随着社会的日益发展及对化石能源的需求不断升高,大部分化石能源将面临被开采殆尽的局势。而丰富的生物质资源将最有可能成为石油替代品,大部分基于石油的精细化学品和燃料均可以由生物质制备而来。木质素具有丰富的芳香族结构,有望将其降解成小分子物质并转化为芳香族化合物,从而实现木质素的高价值利用。本文利用金属卟啉催化氧化由玉米秸秆酶解残渣中提取的木质素,制备芳香醛类化合物(对羟基苯甲醛、香草醛和丁香醛),并通过对催化剂改性,得到一条高效快捷的工艺路线。本文采用Adler法合成5-(对羧基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉(简称CPTPP),通过浓硫酸磺化生成水溶性化合物5-(对羧基苯基)-10,15,20-三(对磺酸苯基)卟啉(简称CPTPPS3),加入金属离子(钴、镍、铜)合成对应的金属卟啉(简称CPTPPM和CPTPPS3M)。以合成的两类极性不同的金属卟啉为催化剂,采用NaOH-H2O2体系催化氧化木质素制备芳香醛类化合物。以芳香醛的产率为标准,优化反应条件为:催化剂为钴卟啉,催化剂与物料比为1:10,反应温度150℃,反应时间3h。通过比较两类催化剂的催化效果,可得出以CPTPPCo为催化剂时,芳香醛总产率为9%-10%,催化剂回收操作简便。CPTPPS3Co为催化剂时,芳香醛总产率为12%-13%,但回收困难。因此,通过对催化剂改性,合成一种以CPTPPS3Co为催化活性中心,同时不溶于水的非均相催化剂,即磁性金属卟啉复合物。采用共沉淀法合成Fe3O4磁流体,Stober法将SiO2包覆在Fe3O4纳米粒子,反应过程中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷产生氨基活性基团,与CPTPPS3Co的羧基发生脱水反应形成N-C=O键合成金属卟啉复合物(FS-Co),并通过扫描电镜、X射线衍射、振动样品磁强计、红外吸收光谱、紫外吸收光谱等对复合物进行表征。得到的磁性金属卟啉复合物催化氧化木质素,芳香醛总产率可达到12%,反应完成后可通过磁分离回收催化剂,循环利用5次,表明合成的磁性金属卟啉复合物具有良好的稳定性。
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