Chemoselective hydrogenolysis of tetrahydrofurfuryl alcohol to 1,5-pentanediol over Ir-MoOx/Si02 catalyst

In this work, MoOx promoted Ir/SiO2 catalysts were prepared and used for the selective hydrogenolysis of tetrahydrofurfuryl alcohol （THFA） to 1,5-pentanediol in a continuous flow reactor. The effects of different noble metals （Ir, Pt, Pd, Ru, Rh）, supports and Ir contents were screened. Among the investigated catalysts, 4 wt%Ir-MoOx/SiO2 with a Mo/Ir atomic ratio of 0.13 exhibited the best catalytic performance. The synergy between Ix particles and the partially reduced isolated MoOx species attached on them is essential for the excellent catalytic performance of Ix-MoOx/SiO2. The catalyst exhibited a better hydrogenolysis efficiency of THFA with the selectivity of 1,5-pentanediol of 65%-74% at a conversion of THFA of 70%-75% when the initial THFA concentration is ranging from 20 wt% and 40 wt%. And higher system pressure was also in favor of the conversion of THFA. During a stability test, the conversion of THFA and 1,5-pentanediol yield over Ix-MoOz/SiO2 decreased with reaction time, which can be explained by the leaching of Mo species during the reaction.     

生物质基呋喃衍生物选择氢解制备戊二醇和己二醇研究进展

生物质基呋喃衍生物来源广泛,利用生物糠醛、5-羟甲基糠醛及他们的衍生物选择氢解制备戊二醇、己二醇具有重要的研究价值和意义.根据原料和催化剂体系不同对生物质基呋喃衍生物选择氢解制备高碳二元醇的代表性工作进行了归纳总结,对影响催化剂活性和选择性的关键因素如活性金属、载体、助剂及反应溶剂等进行了分析讨论,对反应可能涉及的路径和机理进行了阐述,并对未来的研究方向和发展趋势作了展望.     

高分散Cu-Al_2O_3催化剂选择氢解生物质基糠醇制备1,2-和1,5-戊二醇(英文)

生物质是唯一可再生的有机碳资源,开发清洁高效稳定的催化剂体系,将富氧的生物质及其平台化合物高选择性的C–O键氢解转化为可供石化行业利用的高附加值产品成为当前的研究热点.糠醛可由农林副产物如玉米芯,甘蔗渣和秸秆等中富含的半纤维素经酸水解而得.采用便宜的糠醛及其衍生物糠醇和四氢糠醇为原料,通过温和条件下一步选择氢解合成高附加值的1,2-和/或1,5-戊二醇的研究受到了越来越多的关注,但目前的研究主要集中在Ru,Rh,Pt和Ir等贵金属催化剂,对无铬非贵金属催化剂的研究甚少;此外,目前文献报道催化剂的活性和选择性还有待提高.开发清洁高效的非贵金属催化剂在温和条件下选择氢解糠醇或糠醛是目前面临的一项难题.我们的最新研究发现采用以水滑石为前驱体制备的弱碱性Cu-Mg_3AlO_(4.5)双功能催化剂在糠醇选择氢解反应中表现出优异的催化性能,在413 K和6 MPa的温和条件下可取得约80%的戊二醇总收率.虽然碱性载体有利于稳定糠醇氢解中间体并抑制羟基脱水从而提高戊二醇选择性,但也有文献报道酸性载体或助剂同样对呋喃衍生物的选择氢解制二元醇有促进作用.为了研究固体酸负载的双功能催化剂在糠醇氢解中的催化性能,我们采用共沉淀法制备了酸性Al_2O_3载体分散的不同Cu含量(2–30 wt%)的纳米双功能催化剂,并对比考察了其他不同载体(SiO_2,TiO_2,ZrO_2,MgO和ZnO)负载的催化剂,Al_2O_3负载的Ni,Co和Pt催化剂及商业Cu-Cr催化剂的糠醇氢解性能.研究发现,在金属负载量相同时,Cu-Al_2O_3催化剂表现出最优异的糠醇氢解性能,而Cu-Al_2O_3催化剂的转化率随Cu铜含量的升高先增高后降低,在20 wt%时达最高,而戊二醇的总选择性在10 wt%时达最高.为了揭示Cu-Al_2O_3催化剂在糠醇氢解反应中的构效关系,采用X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),N_2物理吸附,N_2O化学吸附和NH_3/CO_2程序升温脱附(NH_3/CO_2-TPD)等多种物理化学手段对催化剂的结构和表面性质进行了表征.XRD,TEM和N_2O化学吸附的表征结果说明,共沉淀法制备的Cu-Al_2O_3催化剂中Cu颗粒高分散于Al_2O_3载体上,且两者结合紧密.NH_3/CO_2-TPD表征发现,Cu-Al_2O_3催化剂中酸性位占主导地位,随铜含量的升高表面酸量递减.由于不同Cu含量的Cu-Al_2O_3催化剂中Cu颗粒尺寸,酸碱量和Cu与载体之间相互作用等因素的差异,在催化糠醇选择氢解中表现出不同的催化性能.通过关联催化剂中Cu颗粒尺寸与戊二醇生成TOF发现,该反应为结构敏感性反应,催化剂的TOF受Cu颗粒尺寸控制,Cu颗粒尺寸在1.9–2.4 nm范围内时取得最高的催化活性.催化剂的表面酸碱性也是影响Cu-Al_2O_3催化性能的另一重要原因,适当增加Cu-Al_2O_3催化剂的表面酸性可以提高糠醇氢解活性和戊二醇选择性,但是采用强酸性载体时,反应副产物急剧增加而降低戊二醇选择性,增加催化剂的碱性同样对催化活性和选择性不利.通过比较不同制备方法合成的Cu-Al_2O_3催化剂的糠醇氢解性能发现,催化剂中高分散的Cu与酸性Al_2O_3载体之间的高效紧密接触是取得高戊二醇收率的关键,同时催化剂中Cu不同的电子状态,可能也会影响催化性能.在考察催化剂的循环使用过程中发现,催化剂的结构稳定,使用多次后催化剂织构结构未发生明显变化,性能未发生明显下降.此外,我们还考察了反应温度,氢气分压,催化剂量和反应时间等动力学条件对Cu-Al_2O_3催化剂性能的影响,发现催化剂活性和产物的选择性均受反应条件明显影响,在优化条件(413 K,8.0 MPa H2)下,采用共沉淀法制备的10Cu-Al_2O_3催化剂可以取得约70%戊二醇的选择性和60%的总收率.结合对实验结果的分析及相关文献报道,我们还推测了Cu-Al_2O_3双功能催化剂上糠醇氢解的反应路径.     

Cu-LaCoO3催化剂选择氢解生物质基糠醇制备1,5-和1,2-戊二醇

高效转化可再生生物质资源制备人类社会必需的燃料和化学品是当前关注和研究的热点之一.生物质基糠醇来源于玉米芯、甘蔗渣、秸秆等农林副产物,价廉易得,是选择氢解合成高附加值1,2-和1,5-戊二醇的理想原料.目前生物质基呋喃衍生物氢解制备二元醇的研究主要集中在Pt,Ru,Rh和Ir等贵金属催化剂,对无Cr非贵金属催化剂的研究甚少.基于纳米Cu催化剂较高的C-O键氢解活性和较低的C-C键裂解活性,以及碱性载体对反应物和反应中间体的稳定作用,我们在前期Cu-Mg3AlO4.5和Cu-Al2O3催化剂催化糠醇氢解研究基础上,以具有一定碱性的ABO3结构的钙钛矿型化合物为载体负载活性Cu开展糠醇氢解研究,深入研究催化剂结构、组成和活性金属价态等对催化剂活性和选择性影响,并研究了催化剂循环使用稳定性.首先我们采用柠檬酸一步络合法制备了一系列具有一定钙钛矿结构的不同Cu负载量(0-20 wt％)的Cu-LaCoO3催化剂以及LaCoO3负载的5 wt％Pt,Ru,Rh和Pd催化剂并考察了它们的糠醇选择氢解制备戊二醇性能.研究发现,在相同活性金属负载量(5 wt％)时,Cu-LaCoO3催化剂具有较优异的呋喃环C-O键氢解活性,而贵金属催化剂倾向于催化呋喃环C=C键加氢饱和.考察不同Cu负载量的Cu-LaCoO3催化剂催化糠醇氢解性能发现,随着Cu负载量的增加,糠醇转化率先升高后降低,在10 wt％Cu负载量时达最高(94.6％),戊二醇总选择性也随Cu负载量的增加先升高后降低,在5 wt％Cu负载量时最高(52.2％),总体以10 wt％Cu负载量催化剂表现出最优异的性能.接着我们考察了反应动力学条件如温度、压力和反应时间以及还原处理条件对10 wt％Cu-LaCoO3催化性能的影响.研究发现适当的高温(～433 K)和高压(6 MPa H2)有利于Cu-LaCoO3催化糠醇氢解制戊二醇,而低浓度氢气(5 vol％)还原有利于1,5-戊二醇的生成,高氢气浓度(纯氢)还原有利于呋喃环加氢饱和的四氢糠醇生成.10 wt％Cu负载量的催化剂经5％H2-95％N2处理后,在413 K和6 MPa H2条件下可取得100％的糠醇转化率以及55.5％的戊二醇总选择性(其中1,5-戊二醇和1,2-戊二醇的选择性之比接近3:1).进一步考察了10 wt％Cu-LaCoO3催化剂的循环使用稳定性,研究发现无论是在高初始转化率(～93.7％)还是低初始转化率(～30.5％)条件下,经多次循环使用后糠醇转化率先升高后基本保持不变,而戊二醇总选择性呈下降趋势,四氢糠醇的选择性逐渐上升.结合XRD,XPS,BET,H2-TPR,CO2-TPD,NH3-TPD和HRTEM等多种表征技术对Cu-LaCoO3催化剂的结构及在糠醇氢解反应中的活性位进行了表征,发现高分散的活性物种、合适的碱性以及部分还原的活性组分均有利于提高催化剂的活性与1,5-戊二醇的化学选择性,高分散的Cu0与部分还原的Co3O4(很可能是CoO)之间的协同催化对于取得较优异的糠醇氢解性能,尤其是较高的1,5-/1,2-戊二醇比例至关重要.     

4,5—环氧—2—戊烯醛多相催化加氢

研究了多相钯和镍催化剂上4,5-环氧-2-戊烯醛的催化加氢。发现钯催化剂上加氢产物为4,5-环氧戊醛(1)和2-羟基四氢吡喃(2),而镍催化剂上加氢产物为2和1,5-戊二醇(3)。1、2和3的最高收率分别为58.8%、62.0%和84.7%。讨论了不同催化剂对加氢产物组成的影响。     

2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇脂肪酸双酯中亚甲基质子的磁不等价性

在合成13种2,2,4-三甲基-1,3-成二醇(TMPD)脂肪酸双酯的基础上,详细讨论了亚甲基中两个磁不等价质子的化学位移,偶合常数,谱线强度和磁不等价性与分子结构的关系.为了使TMPD脂肪酸双脂中各基团的相对取向能满足分子最稳定的条件,提出TMPD脂肪酸酯应按分子构型Ⅱ排列的结论.     

Cu/MgO催化剂的MOCVD法制备及其γ-戊内酯加氢制1,4-戊二醇性能

以Cu（acac）₂为金属有机铜前体,层状MgO为载体,采用金属有机化学气相沉积方法（MOCVD）制备了Cu/MgO催化剂,并通过X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、透射电子显微镜（TEM）和N₂物理吸附等方法对Cu/MgO催化剂结构进行表征。结果表明,有机铜前体沉积在了MgO上,并且在沉积后,载体MgO的晶体结构仍然保留完整。利用生物质平台分子γ-戊内酯加氢反应来评价Cu/MgO催化剂的催化性能。研究表明,在473 K和10 MPa反应条件下,18% Cu/MgO催化剂表现出优异的催化活性（90.5%）和1,4-戊二醇选择性（94.4%）,且催化剂循环三次,催化活性没有显著降低。     

气相色谱-质谱法快速测定食品接触用塑料中2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯的特定迁移量

采用气相色谱-质谱法快速测定从食品接触用塑料中迁移至水、4%(体积分数,下同)乙酸溶液、20%(体积分数,下同)乙醇溶液、50%乙醇溶液、异辛烷和橄榄油等6种食品模拟物中2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯的含量。在气相色谱分离中采用DB-5MS色谱柱(30m×0.25mm,0.25μm),在质谱分析中采用选择离子监测模式。食品模拟物为水、4%乙酸溶液、20%乙醇溶液和50%乙醇溶液时,萃取溶剂为正己烷,萃取次数为1,萃取时间为10min;食品模拟物为异辛烷时无需萃取;食品模拟物为橄榄油时,萃取溶剂为甲醇,萃取次数为3,萃取时间为10min。TXIB的质量浓度在0.03～1.00mg·L~(-1)(食品模拟物为橄榄油:0.10～2.00mg·kg~(-1))内与其对应的峰面积呈线性关系,检出限(3S/N)为0.01mg·kg~(-1)(食品模拟物为橄榄油:0.03mg·kg~(-1)),测定下限(10S/N)为0.03mg·kg~(-1)(食品模拟物为橄榄油:0.10mg·kg~(-1))。以空白食品模拟物为基体进行加标回收试验,所得回收率为82.7%～110%,测定值的相对标准偏差(n=6)为2.3%～10%。     

四方向、六方向醚键型分枝状化合物的合成

本文选用2,4-二羟甲基-1,5-戊二醇和肌醇为四方向及六方向起始核心,通过氧丙基为空间间隔基与带保护基的分支侧链成醚, 脱保护后得末端官能团数为原母核两倍的新型有机分子-四方向及六方向醚键型分枝状化合物。