OMS-2负载MnSn(OH)6催化葡萄糖异构化及制备5-羟甲基糠醛的研究
5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethyl furfural，HMF)作为一种重要的化学品，广泛的应用于医药、燃料、聚合物等领域。葡萄糖价格低廉，非常适于作为制备HMF的原料。目前由葡萄糖直接脱水制备HMF效率极低，一般通过Lewis酸催化葡萄糖异构化为果糖再通过Br(φ)nsted酸催化果糖脱水制备HMF。其中葡萄糖异构化为关键步骤。 本论文采用价格低廉、来源广泛的隐钾锰矿型八面体氧化锰基分子筛(OMS-2)作为基体，通过多巴胺处理OMS-2，制备出包覆有聚多巴胺薄薄膜的PDA/OMS-2。以PDA/OMS-2为载体在SnCl4溶液中利用浸渍法制备出负载锡的催化剂。通过X射线衍射、红外光谱、X射线光电子能谱、透射电镜、吡啶红外、电感藕合等离子体质谱等表征手段研究了催化剂的形貌、表面基团、锡负载量及催化剂的酸性位。结果表明，浸渍溶液中SnCl4的浓度以及OMS-2表面包覆的聚多巴胺对负载在PDA/OMS-2上的Sn物种有重要影响。通过控制SnCl4溶液的浓度，可制备负载有羟基锡锰石[MnSn(OH)6]的催化剂MnSn(OH)6/PDA/OMS-2，或负载有二氧化锡的催化剂SnO2/PDA/OMS-2。 将上述两种催化剂分别应用于催化葡萄糖异构化，实验结果表明MnSn(OH)6/PDA/OMS-2的催化葡萄糖异构化的活性高于 SnO2/PDA/OMS-2。 MnSn(OH)6/PDA/OMS-2和SnO2/PDA/OMS-2与可催化果糖脱水制备HMF的Amberlyst@15共同时催化作用下，可转化葡萄糖制备HMF。由于MnSn(OH)6/PDA/OMS-2催化葡萄糖异构化的活性高于 SnO2/PDA/OMS-2，因此，MnSn(OH)6/PDA/OMS-2与Amberlyst@15共同催化转化葡萄糖制备HMF的效率高于SnO2/PDA/OMS-2与Amberlyst@15。 本文进一步研究了溶剂体积、反应时间、反应温度、催化剂的质量、Amberlyst@15的加入量等因素对HMF收率的影响。当反应条件为MnSn(OH)6/PDA/OMS-2:0.1 g,Amberlyst@15:0.2 g,D-葡萄糖:1 g，DMSO:10 mL，反应温度:150℃，反应时间:4h，葡萄糖的转化率为85％，HMF的收率为53.2％。通过3次重复利用实验证明MnSn(OH)6/PDA/OMS-2催化剂具有一定的稳定性。MnSn(OH)6/PDA/OMS-2催化剂制备条件简单而高效。Sn的负载可在室温下水溶液中进行，具有大规模应用的潜力。
5-羟甲基糠醛;制备工艺;分子筛;葡萄糖异构化
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
纪培军
2017
中文
TQ251.11
83
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）