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开发从生物质制备化学品的有效方法对于减少对化石燃料的依赖至关重要。糖类做为自然界中最丰富的可再生绿色资源,通过化学途径将其转化为高附加值的化学品,对缓解化石资源日益匮乏的状况和改善不断恶化的环境都具有十分重要的意义。在从生物质糖转化的各种化学品中,乳酸(LA)及乳酸甲酯(MLA)是一类非常重要的平台化合物,广泛应用于化妆品、食品添加剂、医药、涂料等领域,并且,从LA开始的系列衍生物也具有广阔的应用前景。近年来,开发绿色、环保、高效的非均相催化方法催化生物质糖转化为乳酸甲酯引起了研究者的广泛关注。本文利用溶胶凝胶法分别制备Fe掺杂SnO2固体酸催化剂、Mg掺杂SnO2固体酸/碱两性催化剂,通过TEM、XRD、XPS、Raman等技术对催化剂进行了结构表征,通过Py-IR、NH3-TPD、CO2-TPD等技术对催化剂进行了酸、碱性能表征。通过计算生物质糖的转化率和由糖转化为乳酸甲酯的产率考察催化剂的催化活性。 本研究主要内容包括:⑴利用溶胶凝胶法制备出Fe掺杂SnO2固体酸催化剂,相比于纯SnO2晶体,产生明显的Lewis酸位点及Bronsted酸位点。通过调节掺杂量,煅烧温度等制备条件可调控出最佳的酸强度、酸总量。最佳制备条件为:nFe/n(Fe+Sn)=20%(摩尔比)、煅烧温度500oC、煅烧时间3 h。通过一系列结构表征结果表明,Fe以Fe3+均匀掺杂进入SnO2晶格,增大纳米晶比表面,增加活性位点,在最佳制备条件下,比表面为83 m2/g、孔径为2.03 nm、中强酸总量达19.24 mL/g。催化剂用于催化生物质糖转化为乳酸甲酯的最优反应条件是:0.16 g催化剂、0.22 g底物、160 oC下反应20 h,分别以蔗糖、果糖和葡萄糖为底物,乳酸甲酯产率分比为44%、52%和35%。以葡萄糖为底物,催化剂重复使用6次后产率仍无明显下降趋势。主要副产物为丙酮醛缩二甲醇(PADA)。得出结论为:中等强度的酸对乳酸甲酯的产率影响最大。⑵以溶胶凝胶法制备出Mg掺杂SnO2酸碱两性固体催化剂,通过一系列结构和性能表征可知,Mg以Mg2+的形式掺杂进SnO2晶格中,与纯SnO2晶体相比,除了新产生的丰富的Lewis酸、Bronsted酸性位点外,同时还产生了碱性位。通过掺杂量、煅烧温度、煅烧时间的调节可调控出最佳的酸、碱强度,酸、碱总量。nMg/n(Fe+Sn)=20%(摩尔比),500 oC煅烧3 h为最佳制备条件。在此条件下,比表面为58 m2/g、孔径为8 nm、弱酸总量达12.73 mL/g,酸总量达15.56 mL/g,强碱含量为0.41 mL/g。通过优化催化条件,最佳催化条件为0.22 g底物,0.14 g催化剂,在20 mL甲醇溶液中,180 oC反应20 h,分别以蔗糖、果糖、葡萄糖为底物,MLA产率分别为72%、57%、55%。且循环使用8次后产率无下降趋势。主要副产物为丙酮醛缩二甲醇(PADA)、乙醇酸甲酯(GA)、5-羟甲基糠醛(5-HMF)及糠醛,但后二者产率极低。经酸碱协同催化,乳酸甲酯产率得到大幅度提高,且发现弱酸含量越多且酸总量越大、强碱含量越多时其催化性能越好。