葡萄糖氢解制备低碳二元醇的研究
随着化石能源日益枯竭、环境问题亟待解决，与人类息息相关的化工行业需要易得、经济和可再生的有机碳取代石油资源，生产高附加值的化学品。低碳二元醇，包括乙二醇、丙二醇和丁二醇，都是重要的高附加值化学品。但是，在我国，低碳二元醇，特别是乙二醇，长期依赖进口，对外依存度极高。因此，以生物质资源替代石油资源生产高附加值的低碳二元醇产品，具有极高的能源、环境和经济效益。糖类氢解转化作为以生物质纤维素为原料生产生物基产品的一条重要路线，一直受到国内外诸多研究者的关注。糖类氢解是在适当的反应温度和氢气压力下，将糖类生物质原料加氢断链，得到多元醇产物。这条工艺路线的难点主要在于:对反应条件要求较高，包括高温、高压和酸/碱性助剂，且低碳二元醇的选择性不高。因此，本课题针对这些难点，开发高性能的催化剂，以葡萄糖为原料，在较温和的反应条件下，高效转化葡萄糖制备低碳二元醇。 本课题首先在较温和的固定床反应条件下进行葡萄糖氢解反应，并结合NH3-TPD、H2-TPR、XRD、Raman、TEM和DRIFTS等表征手段深入研究助剂W及载体对Ru基催化剂氢解葡萄糖的影响。结果表明:1）添加助剂W后，能够增强催化剂的酸性、增加催化剂的酸性位，同时还能改善活性组分Ru的分散度，而Ru诱发了氢溢流现象，增强了W物种的还原能力，从而将低碳二元醇的选择性提升至87.28％;2）分别以SiO2、 AC、CNFs和WO3四者为载体时，在本课题的还原条件下均得到α-W和β-w等低价态的W物种，其中以SiO2作为载体时，催化剂的酸性位最多，葡萄糖的转化率和对低碳二元醇的选择性均为最高。 另外，为进一步提高低碳二元醇的选择性，本课题采用聚乙二醇600(Polyethylene glycol600，PEG-600)和柠檬酸(Citric Acid，CA)两种溶液对RuW/SiO2催化剂进行预处理改性，并结合NH3-TPD、H2-TPR、XRD、In situ XPS、TEM和DRIFTS等表征手段深入研究预处理改性对催化剂的影响。结果表明:1）经PEG-600和CA预处理改性后，均改善了金属的分散效果，同时增强了金属与载体间的相互作用，增加了金属的还原难度;2）经PEG-600预处理能够增加催化剂的酸性位，使得低碳二元醇的选择性提升至91.59％;而CA预处理反而减少了催化剂的酸性位数量，导致低碳二元醇的选择性降低至70.88％。 通过本课题的研究，在较温和的反应条件下，实现高效转化葡萄糖制备低碳二元醇，选择性达到91.59％，为生产生物基低碳二元醇产品提供了一条极具潜力的路径。
低碳二元醇;葡萄糖氢解;酸碱性助剂;催化剂载体;选择性
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
张燚
2015
中文
TQ223.162;TQ031.4
88
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）