杂原子分子筛的制备、表征及其催化六碳糖脱水反应性能研究

近年来,以羟甲基糠醛(HMF)为平台的生物质化学品受到人们越来越多的关注,其中六碳糖的催化转化是研究的重点和难点,因此设计并制备高效的催化剂将具有十分重要的意义。六碳糖是生物质水解后的基本单体,主要是葡萄糖和果糖两种,而葡萄糖可通过醛酮异构反应转变为果糖。此外,分子筛催化剂独特的孔道结构、酸量的可调控性及易分离回收等优点使其极具应用前景。因此,本文的主要工作就是为葡萄糖和果糖制备羟甲基糠醛反应设计合适的分子筛催化剂。 首先,以氢型Beta沸石为母体,经过焙烧和酸洗部分脱铝之后,用SnCl4蒸气同晶取代脱铝Beta制备[Sn,Al]-Beta。通过调节酸浓度、酸洗时间及气固相同晶取代过程中载气的流速、处理时间,制备出了不同Sn含量、不同Al含量的[Sn,Al]-Beta双功能催化剂。考察并优化了[Sn,Al]-Beta催化葡萄糖脱水制备HMF的反应参数,研究了催化剂的催化活性、Sn含量的影响和Al含量的影响等。 其次,以水热合成方法制备的一系列不同Si/Ti的TS-1沸石为母体,在一定温度条件下使用一系列不同浓度的酸、碱对其进行后处理改性。通过改变不同的酸、碱、后处理温度及酸(或者碱)的浓度,尝试制备出改性处理的TS-1催化剂。考察并优化了TS-1催化果糖脱水制备HMF的反应参数,研究了催化剂的催化活性及Ti含量的影响。 分子筛催化剂的物理化学性质采用了XRD、UV-Vis、FT-IR、27A1MAS NMR、119Sn MAS NMR, BET等一系列技术进行表征,催化反应的反应物和产物的分析采用GC和HPLC进行定性和定量分析。在优化反应条件下,合适锡铝比的[Sn,Al]-Beta催化剂对葡萄糖脱水反应的转化率和HMF选择性分别达到60.0%和62.1%以上,TS-1催化剂在果糖脱水反应中HMF的最高收率为42.9%。