QIBEBT-IR  > 绿色化学催化研究组
生物基山梨醇制备甘油和二元醇的催化体系研究
陈新国
导师牟新东
2013-07
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点北京
学位专业化学工程
关键词生物基山梨醇 氢解反应 甘油和二元醇 固体碱复合金属双功能催化剂 Ni-mgo
摘要从生物质原料出发制备高附加值化学品以高效利用可再生资源,是构建可持续发展的工业体系和经济体系的重要途径,对人类社会的长远发展具有重要意义。木质纤维素是分布最广、储量最大的非粮生物质,通过简单的降解反应可以得到生物基单糖。本文即以含量最多的C6糖的加氢衍生物山梨醇为底物,开展了制备甘油和二元醇的催化转化体系的研究。针对当前糖醇氢解转化过程中需要大量液体碱加入和反应条件苛刻的问题,本文设计并研究了固体碱复合金属双功能催化剂及相应的糖醇氢解催化体系。采用浸渍法和共沉淀法分别制备了固体碱复合的NiCuCo基催化剂,在无液体碱促进剂添加下进行了山梨醇氢解反应。考察了固体碱、制备方法、活性金属组分、组分含量、焙烧温度、还原温度登对催化剂活性的影响。最终确定了共沉淀法制备的、Ni含量为35%Ni-MgO复合氧化物催化剂为最优催化剂,最佳焙烧和还原温度均为500 。并确定其最高活性的反应条件为200 ℃、初始氢气压力4 MPa和反应时间4 h,此时山梨醇的转化率达67.7%,甘油、1,2-丙二醇和乙二醇的产物总选择性达86.5%。研究了反应条件对山梨醇氢解的影响,发现升高温度时产物降解加剧而山梨醇转化率不变;提高氢气压力或延长反应时间均能促进山梨醇转化和甘油的生成,但二醇产物的选择性下降。在催化剂定型的基础上,本文研究了固体碱复合金属催化剂对山梨醇氢解的双功能催化特性。开展了酸碱性不同载体负载Ni催化剂和碱性调变的Ni-MgO催化剂体系中山梨醇的氢解反应,发现强烈而合适的碱强度利于催化剂的高活性,Ni-MgO催化剂氢解糖醇时无需外加碱性助剂。开展了Ni-MgO催化剂循环利用实验和骨架催化剂Raney Ni上山梨醇的氢解反应,发现良好分散的活性Ni对高效的Ni基糖醇氢解催化剂至关重要。在Ni-MgO催化剂中,Ni颗粒和MgO颗粒位置接近尺寸相若时可能存在协同效应,从而同步耦合了碱催化和活性金属催化的断裂C-C键和加氢反应,实现了对糖醇氢解的双功能催化作用。初步考察了碱性促进剂NaOH和非碱性氧化物MoO3WO3Ru/C上山梨醇氢解的促进作用,发现WO3的作用最强但效果一般,说明此条件下糖醇氢解的耦合催化体系不如固体碱复合金属氧化物的双功能催化体系。
其他摘要Conversion of biomass feedstocks towards value-added chemicals is an important route to establish the sustainable industry and economy. Lignocellulose, the most abundant non-food biomass, could be easily degraded to sugars. Herein, a highly efficient catalytic conversion of biomass-derived sorbitol which could be largely obtained from the hydrogenation of glucose, the largest biomass-derived sugars, into glycerol and glycols was studied in detail.A highly active metal-base bifunctional catalyst system for the hydrogenolysis of sorbitol towards glycerol and glycols was designed and investigated to solve the thorny issues as reported previously, like the liquid alkalis added and the harsh conditions needed. MgO, carbon nitride (CN) and hydrotalcite (HT) supported Ni, Cu and Co catalysts were prepared by impregnation and coprecipitation, respectively, and employed in sorbitol hydrogenolysis without the addition of basic promoters. From the detailed studies in the influences of solid base carriers, preparation methods, active metal species, metal contentcalcination temperature and reduction temperature on the catalytic performance, the best catalyst of Ni-MgO prepared by coprecipitation with 35% Ni content, calcined and reduced at 500 °C was obtained. The reaction parameters were optimized as 200 °C, 4 MPa initial H2 pressure and 4 h reaction time, under which a 67.8% conversion with a 86.5% total selectivity of glycerol, 1,2-propylene glycol and ethylene glycol was obtained. The higher temperature enhanced sorbitol consumption and product degration, whereas sorbitol conversion and glycerol yield were increased and the deep degradation of glycols was accelerated with the increasing H2 pressure or the prolonged reaction time.The bifunctional effect of metal-base catalysts on sorbitol hydrogenolysis was also investigated with the employment of Ni-MgO catalyst chosed. The results of sorbitol hydrogenolysis over Ni catalysts loaded on a series of carriers with varying basicities and in the Ni-MgO catalyst system with modulated basicity by NaOH added or Al2O3 dopped showed that, the stronger and appropriate basicity in catalysts favored the higher activity and the alkaline additive was not necessary but harmful for Ni-MgO catalyst. Raney Ni catalyst with MgO added exhibited poorer performance than Ni-MgO catalyst, and the degradation of catalytic activity was observed in the Ni-MgO catalyst recycling texts owing to the aggregation of Ni particles as MgO was partly eroded, indicating that the well-dispersed Ni particles was also essential. The results of hydrogenolysis experiments and catalyst characterization suggested that, the synergistic effect between active Ni metal sites and basic sites should exist when Ni nanoparticles were in close proximity with the size-comparable MgO particlesHence, the retro-aldol condensation with C-C scission and the hydrogenolysis reaction should be catalyzed together by Ni metal sites and basic sites in Ni-MgO catalyst, which showed the bifunctional catalytic effect on sorbitol hydrogenolysis. The promoted effect of catalytic additives of NaOH and non-alkaline metal oxides like WO3 and MoO3 on Ru/C catalysts for sorbitol hydrogenolysis were also studied, respectively. These preliminary studies revealed that WO3 played the biggest but still limited role in the promotion.
作者部门绿色化学催化
学科领域绿色化学催化
公开日期2013-07-13
学位类型硕士
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.qibebt.ac.cn/handle/337004/1508
专题绿色化学催化研究组
推荐引用方式
GB/T 7714
陈新国. 生物基山梨醇制备甘油和二元醇的催化体系研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2013.
条目包含的文件
文件名称/大小 文献类型 版本类型 开放类型 使用许可
陈新国硕士:生物基山梨醇制备甘油和二元醇(4336KB)学位论文1暂不开放CC0请求全文
个性服务
推荐该条目
保存到收藏夹
查看访问统计
导出为Endnote文件
谷歌学术
谷歌学术中相似的文章
[陈新国]的文章
百度学术
百度学术中相似的文章
[陈新国]的文章
必应学术
必应学术中相似的文章
[陈新国]的文章
相关权益政策
暂无数据
收藏/分享
所有评论 (0)
暂无评论
 

除非特别说明,本系统中所有内容都受版权保护,并保留所有权利。