论文部分内容阅读
纤维素作为世界上储量最为丰富的生物质资源,将其催化转化为高附加值化学品和液体燃料是缓解石油资源危机的有效途径之一。本论文通过不同金属前驱物(SnCl4·5H2O或C10H5NbO20)对KIT-6纯硅分子筛进行掺杂,并进一步利用（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷（MPTMS）对其官能化来制备双功能固体酸催化剂,并考察其在纤维素一步法制备乳酸反应中的催化性能。利用N2吸脱附、Boehm酸密度滴定法、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、热重（TG）、电感耦合等离子体（ICP）等一系列表征技术探究制备催化剂的物理化学性质和形貌结构。结果表明,合成固体酸催化剂具有规整的介孔结构和较高的比表面积。Sn或Nb的不饱和配位导致掺杂KIT-6分子筛具有路易斯酸性位（L酸）,而且总酸密度随着金属掺杂量的增加呈现出先增后降的趋势。-SO3H基团的成功引入得到同时具有L酸和B酸位的双功能固体酸催化剂（Sn-KIT-6-Pr-SO3H和Nb-KIT-6-Pr-SO3H）。Elemental mappling结果表明较大的比表面积有利于金属Sn/Nb和-SO3H基团高度分散在催化剂表面,从而抑制其在反应过程中烧结或流失。热重结果表明催化剂中的-SO3H基团具有较好的热稳定性,适用于300℃下的反应。以纤维素“一锅法”制备乳酸为模型反应,考察所制备固体酸催化剂的催化活性和循环稳定性。实验结果表明,以Sn-KIT-6-Pr-SO3H为催化剂,在最优反应条件210℃、5 MPa N2、催化剂0.1 g、水/纤维素质量比100/1下反应1 h,纤维素转化率为88.9%,葡萄糖、HMF和乳酸产率分别为30.1%、14.6%和16.2%;而以Nb-KIT-6-Pr-SO3H为催化剂,反应物配比150/1,其他反应条件相同时,纤维素的转化率为85.9%,葡萄糖、HMF和乳酸的产率分别为33.9%、12.1%和18.4%。掺杂型固体酸催化剂循环使用4次后均无明显失活,表明此固体酸催化剂具有较好的催化活性和循环稳定性,在可再生生物质资源催化转化为高附加值化学品领域具有潜在的应用前景。