结构化非贵金属催化剂上葡萄糖一步氢解制备低炭二元醇的基础研究

采用规整结构催化材料作为载体，第六族金属碳化物作为活性金属替代贵金属，制备整体型结构催化剂，并氢解葡萄糖生成乙二醇、丙二醇、甘油等低碳醇。旨在通过新型高效结构催化剂的设计和调控以及葡萄糖氢解反应的过程强化和控制，探索以生物质为原料制备大宗化学品的资源生态化的有效利用。研究过程中将着重探索过渡金属碳化物催化剂活性组分的组成、电子状态和微观结构，以及规整结构载体上活性组分的分散和分布等对葡萄糖氢解过程的影响；并考察葡萄糖氢解反应工艺条件对产物分布与收率的影响，进一步探索开发结构催化剂/反应器的有效途径和手段。..该探索工作涉及催化化学、反应工程及生物质转化等交叉领域，分别从催化化学和过程强化两个方面对催化反应进行调控，可望实现高活性和高选择性。本课题的实施不仅可阐明结构化催化剂/反应器的设计和制备的关键影响因素及作用规律，而且可形成利用可再生的生物质资源替代石油资源生产重要化工原料的绿色工艺。

从可再生的生物质催化转化制备大宗化学品，作为化石燃料工艺路线的替代，对实现化学工业的可持续发展意义重大。葡萄糖、山梨醇和甘油等糖醇作为生物炼油的基础原料，通过氢解的方式制备乙二醇、丙二醇等重要化工原料是具有良好应用前景的绿色工艺。.本项目针对糖醇氢解从氢解反应特征和反应机理、氢解催化剂组成和结构设计以及氢解催化剂结构化及性能三个方面入手展开系统研究。首先通过系统考察Ni-W2C/AC催化剂上葡萄糖氢解的主要产物分布以及碱促进剂存在时Ru/CNFs催化剂上山梨醇氢解产物分布随着反应工艺条件的变化，结合GCMS和LCMS等手段对产物和反应中间产物的分析，提出了合理的葡萄糖氢解和山梨醇氢解反应机理，为糖醇氢解高效催化剂的设计奠定了基础。在此基础上，设计并优选了第六族金属碳化物Ni-W2C和改性的非晶态合金NiWB作为活性金属替代贵金属应用于葡萄糖氢解，并优化了催化剂制备工艺；根据反应特性设计的固体碱负载Ru催化剂和Ir-Re合金催化剂分别应用于山梨醇及甘油氢解，表现了优越的催化性能，并关联了催化剂的构效关系。最后，借助纳米碳纤维（CNFs）在石墨碳毡（GF）基体上的原位生长技术，得到了具有规整结构的CNFs/GF复合材料并进一步制备Ni-W2C/CNFs/GF结构化催化剂，应用于葡萄糖氢解反应，其催化性能与粉末催化剂相当，但反应结束后催化剂和产物容易分离，具有较好的工业应用前景。.本项目的实施证明了以生物质为原料制备大宗化学品的资源生态化有效利用的可行性，获得的从葡萄糖、山梨醇等生物质衍生基础原料制备低碳二元醇的绿色工艺可作为替代石油路线的技术储备，以实现化学工业的可持续发展。