油脂酯-酯交换多相碱催化剂的可控构造及其催化作用本质

Food safety issues caused by trans-fatty acids from hydrogenated oil have received much attention. Interesterification of fats and oils is a promising alternative method for partial hydrogenation to produce edible functional oil products. Controllable preparation for the heterogeneous base catalyst and research on the catalytic nature are of significant interest for green food processing and food safety. On the basis of our previous work, in this project the inorganic and organic solid base with oxides as carriers will be designed and fabricated through varying the base type and base amount, in an attempt to improve the activity and stability of the heterogeneous catalysts and ascertain the effect of preparation method and preparation conditions on the activity and selectivity of the heterogeneous catalysts. The chemical composition, the surface structure and property of the catalysts will be characterized by using BET surface area, XRD, XPS, DTA-TG, IR, SEM, AFM, NMR, TPD and Hammett titration method to investigate the influence of preparation method and conditions on the catalytic active sites and relate the catalytic activity to the surface structure of the catalysts. Moreover, a correlation of the catalytic activity of the catalysts with their surface aggregation state and properties，and the interactions between components of the catalysts will also be investigated. The performance control and optimization design of the heterogeneous base catalysts are expected to conduct through the controllable fabrication of the catalysts, and this study can make clear the structure-property relation between surface structure, aggregation state, and surface properties with apparent catalytic performance. Furthermore, this study can give fundamental insight into the stable active sites of the heterogeneous catalysts, and their synergy mechanism between components.

氢化油脂中反式脂肪酸引起的食品安全问题受到了人们重视，油脂酯-酯交换是一种可替代油脂氢化生产功能性油脂制品的方法，可控制备其多相碱催化剂并研究催化作用本质对绿色食品加工和食品安全有重要意义。本项目拟在前期工作基础上，设计和构造以氧化物为载体的无机和有机固体碱，通过控制和调变碱种类和碱量，提高催化剂活性和稳定性，研究制备方法和条件对催化活性和选择性的影响。用比表面积测定、XRD、XPS、DTA-TG、IR、SEM、AFM、NMR、TPD和Hammett函数滴定等技术对催化剂组成、表面物质结构、聚集形态及表面性质进行表征，研究催化活性中心及其与制备方法和条件的关系，探讨表面物质结构与催化性能的关系，研究催化活性受表面物质聚集形态和表面性质的影响规律，探讨催化剂组分相互作用。期望通过对催化剂的可控构筑，对其进行优化设计和性能调控，弄清表面物质结构、聚集形态、表面性质与表观催化性能的构效关系。

近年来，食品安全问题引起了人们高度重视，绿色和环境友好的食品加工过程成为了研究热点。为了解决均相催化油脂酯交换引起的催化剂难分离和环境污染等问题，多相催化法是主要研究方向和前沿之一。我们在国家自然科学基金资助下，从可持续发展和清洁生产基本概念出发，以现代催化理论和先进载体材料的前沿为基础，设计和构建了具有优良催化性能的有序纳米材料、纳米介孔材料、有机-无机杂化材料和纳米磁性固定化酶材料，并将其用于多相催化油脂酯交换反应，发挥了该类催化材料的比表面积大、结构可控、功能可调、稳定性好等优点，完善了多相固体催化剂的催化作用机制。一是采用浸渍方法或共沉淀法合成了三种碱金属和碱土金属基固体多相催化剂，发现这二种催化剂均有较高催化活性，通过金属氧化物间协同作用，在催化剂表面形成M-O-M共价键结合，催化活性中心的稳定性得到提高，重复使用性能较好。二是将五种含氮有机强碱采用共价键固载到多孔载体上，制备出负载有机碱固体催化剂。发现这些催化剂具有较高的油脂酯交换催化活性，在较低温度下得到较高产品收率。在催化剂表征基础上，研究了该类催化剂的结构及催化性能的关系，探讨了固体催化剂组分间的相互作用和协同作用机制。由于共价键固载的原因，这些催化剂具有较好的催化稳定性。三是采用固载-酸化法制备了二种磺酸基固体酸和一种负载杂多酸催化剂，并将其应用于多相催化油脂酯交换（酸解）反应。研究结果表明这些固体酸催化剂可适应于制备低热量结构脂, 而且具有较好的重复利用性能。（4）制备三种具有核壳结构的磁性复合材料，再将其作为新型载体用于脂肪酶的固定化，对固定化脂肪酶结构进行表征。这些固定化脂肪酶具有催化油脂酯交换活性和良好的磁响应性能，在外磁场下易于从反应体系中分离，克服了固定化酶在高粘度体系中难分离问题，也解决了纳米磁性微球的团聚和难分散问题，并且对固定化机制和催化机理进行了深入研究。