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无序 MWW 纳米片双功能催化剂催化葡萄糖为 5-HMF 的研究

文献综述

1、引言

随着时代的发展，石化资源虽然仍是使用最广泛的资源，但是由于增量增长的物质需要，化石资源的不可再生性，导致石油资源日益减少，已不再能满足人类的需求。从环境保护的方面来说，由于化石能源的使用过程中会新增大量温室气体 CO2，同时可能产生一些有污染的烟气，会造成环境的污染，因而人们开始关注可再生资源的发展，研究人员将目光投放到生物质资源上。

于是它的前身生物质拥有返回到人们的视野，生物质是唯一可固定碳的可再生能源资源，生物质拥有分布广，储量大，可再生，价格低廉等优点。可取代不可再生的化石燃料，实现可持续的平台化学原料。如何开发和利用它们成为科学家们近几年来讨论的热门话题，欧洲，美国，中国等地正努力推动生物质的开发并为燃料和化学品的制备，这一研究符合人类绿色可持续的理念。最理想的工艺之一是木质纤维素生物量的转化，木质纤维素由于其不可食用性、丰富性和全球分布。葡萄糖作为从纤维素解聚得到的丰富单糖，可以通过异构化成果糖并随后脱水进一步转化为 5-羟甲基糠醛（HMF）。其制备是生物质领域的研究热点。

1. 国内外研究和发展现状

2.1、葡萄糖制5- 羟甲基糠醛

5- 羟甲基糠醛（5-HMF）的结构式为 C₆H₆O₃，其结构中含有呋喃环、醛基和羟甲基，反应活性高，应用十分广泛，可以作为许多反应的中间体、高分子材料合成的单体以及大环化合物合成的原料等，已成为现代化工重要的可再生平台化合物之一。5- 羟甲基糠醛（5-HMF）是现如今重要的精细化工原料，也是一种特殊的制革鞣剂，以HMF为原料可以生产大部分下游产物，例如2,5-二取代呋喃衍生物可以取代关键的石油基构件，5-HMF 也可转化为 2,5- 呋喃二甲酸，2,5- 二羟甲基呋喃，2,5- 双（羟甲基）四氢呋喃等，也可以作为酒精成分生产聚酯。但是，5-HMF 作为化学中间体的工业用途目前仍受到高生产成本的阻碍。

传统制备 5-HMF是通过果糖在酸催化下脱去三分子水而得，反应过程一步到位，但在反应中产率低、成本高，过程中使用的酸催化剂，对设备的腐蚀严重，使得制备 5-HMF 有一定的困难。以葡萄糖为原料制备5-HMF时,首先葡萄糖异构化为果糖,然后果糖脱去三分子水生成5-HMF。葡萄糖异构化为果糖反应的高效催化剂是Lewis碱,而果糖脱水制5-HMF反应的高效催化剂为Bronsted酸。工业上果糖主要是由葡萄糖异构化生产,然而果糖的分离纯化成本很高,因此,人们希望以葡萄糖为原料制取5-HMF时,异构化和果糖脱水反应在同一反应器内完成。然而,采用单一活性中心的催化剂时很难获得高的5-HMF选择性。