离子液体催化纤维素直接转化制乙二醇过程研究

纤维素催化转化制乙二醇是解决乙二醇生产高度依赖于石油资源现状的有效途径之一，也是目前实现能量效率和原子经济性最可行的转化途径。离子液体以其独特的优越性能已经成为实现纤维素绿色转化备受关注的研究热点。研究离子液体催化纤维素直接转化制乙二醇过程具有重要意义和应用价值。.以实现温和条件下纤维素直接转化制乙二醇为目标，首次提出以酸性离子液体与金属配合物功能型离子液体组成均相催化体系，同时进行纤维素水解和加氢反应。首先设计合成酸性离子液体，考察其催化水解性能，并选择乙酰丙酮等有机物与咪唑反应合成带有离子液体支链的有机配体，以具有加氢催化活性的金属离子等为金属中心合成新型金属配合物功能型离子液体。进而以纤维素的转化率和乙二醇的选择性与收率为目标，考察催化体系的催化活性，优化反应条件，并从结构分析、实验研究等方面对催化机理进行分析，为离子液体催化纤维素水解加氢制乙二醇反应过程提供理论依据与指导。

纤维素是自然界中广泛存在的生物质资源，将纤维素催化转化制备能源化学品或大宗化学品是对生物质资源利用的重要途径之一。本项目首先以提高纤维素的反应性为目标，研究了制备碱纤维素的条件，以XRD、TEM对合成的碱纤维素的结构进行表征，确定适宜的制备条件；以离子液体为稳定剂和分散剂，合成了以Ru、Ni为活性中心的多种金属纳米粒子，并以TEM、XRD和红外进行表征；以Ru/C为催化剂，以不同碱浓度处理的纤维素为反应底物，进行碱纤维素直接加氢制备C2~C3多元醇的研究，考察反应温度、反应时间等对催化效果的影响，探讨了弱碱条件下的反应机理；在此基础上，对离子液体稳定的Ru等纳米粒子催化碱纤维素直接加氢制备C2~C3多元醇进行研究，考察离子液体稳定的Ru纳米粒子催化碱纤维素加氢反应的适宜反应条件及产物分布；对Ru/C、Ru纳米粒子催化碱纤维素直接加氢反应路径进行初步研究，探讨了离子液体稳定的Ru纳米粒子催化剂具有高催化性能的原因。此外，以离子液体和杂多酸合成了一种复合杂多酸盐，负载纳米Ru制备了双功能催化剂，应用于纤维素水解加氢反应，山梨醇的选择性达70.3%，以纤维二糖为探针分子考察了其催化反应机理。. 本项目研究成果发表SCI收录论文5篇，核心期刊论文4篇，参加国际会议3人次，口头报告2次，授权发明专利2项，培养博士生1名，硕士生4名。. 本项目按预期完成研究计划，提出了实现纤维素直接加氢制备C2~C3多元醇的新途径，以碱处理提高纤维素反应活性，结合离子液体稳定的Ru纳米粒子的高效加氢反应活性，显著提高了纤维素直接加氢制备C2~C3多元醇的收率，分别对传统Ru/C催化剂及离子液体稳定的Ru纳米粒子的反应机理进行研究，得出了离子液体稳定的Ru纳米粒子催化剂具有高催化性能的原因。研究成果对于开发纤维素催化转化制备能源化学品的高效催化体系提供了新的思路和重要依据，具有重要的理论意义。