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宁波材料所在催化果糖脱水制5-羟甲基糠醛技术方面取得新进展
随着化石能源的日益衰竭、能源需求的不断增加以及环境污染的日趋严重,亟需寻找一种可再生资源来替代化石资源。生物质资源具有储量大、可再生、环境友好等优点,被认为是化石资源的理想替代品,其开发与利用受到了广泛的关注。5-羟甲基糠醛(HMF,5-hydroxymethylfurfural)是一种重要的生物质平台化合物,应用领域十分广泛。比如,HMF可以作为原料,经加氢、醚化、C-C偶联反应可制备柴油、汽油等生物基燃料,还可经氧化反应可合成2,5-呋喃二甲酸,后者可替代依赖于石油的对苯二甲酸来生产聚酯类化合物。
当前,HMF主要是在酸性条件下由糖类(果糖、葡萄糖等)选择性脱水而得,其中以果糖为原料来生产HMF
中科院宁波材料所非金属催化团队张建研究员、王磊研究员与呋喃类化学品团队张亚杰研究员共同合作,以具有一维孔道结构的非酸性KL分子筛作为研究对象,采用铵离子交换的方式,制备出了不同酸性的KL分子筛并将其应用于催化果糖转化制HMF反应(离子液体体系)。研究表明,酸性KL分子筛在果糖脱水反应中表现出了优异的催化性能,其中在KL-80oC-1h催化剂上获得了99.1%的HMF收率,这主要是由于该催化剂具有适宜的Brönsted酸强度促进了脱水反应的发生以及较少的Lewis酸性位抑制了聚合产物的生成。此外,该催化剂在多次套用实验中未出现明显的失活现象,具有潜在的工业应用价值。相关研究成果发表在ChemSusChem(2017, 10, 1669-1674 DOI: 10.1002/cssc.201700239)上。
上述工作得到了国家自然科学基金委优秀青年基金、青年基金、中科院前沿科学重点研究计划、宁波市自然科学基金项目等项目的资助。
KL分子筛的酸性表征(NH3-TPD (a), Py-IR (b))和催化果糖转化性能(果糖转化率(c), HMF收率(d))
KL-80oC-1分子筛催化剂的套用实验