MClx协同Pd/C催化木质素氢解过程机理与产物调控规律研究

Due to its complex structure, current lignin hydrogenolysis generally suffered various problems for the low efficiency of heat and mass transfer, low lignin conversion, low products yield and selectivity, and serious char formation during the process. Here, we propose a novel and efficient process for lignin hydrogenolysis to high value-added phenolic monomers. In which, the mass and heat transfer can be intensified by the excellent dissolution capability of selected solvents and the strong electronic effect between MClx catalyst and benzene ring of lignin. Furthermore, the characteristic chemical bonds of lignin such as β-O-4 and -OCH3 can also be selectively broken via the synergistic catalysis between MClx and Pd/C in order to realize product distribution controllable through the elaborate design and selection of M cation. On the basis of knowledge of the novel hydrogenolysis property involving the activation and fracture of chemical bond and the catalytic mechanism,the synergistic effect between MClx and Pd/C and product control will be revealed. Therefore, this study will provide a beneficial reference for the efficient utilization of the sustainable aromatic lignin.

本研究以木质素的高效催化转化获得单酚类化合物为目标，围绕木质素氢解过程中存在的源于木质素类型的多样性、木质素分子内部复杂的化学键合方式与氢键作用，产生的解聚体系中传热传质不畅、解聚效率低、产物收率及选择性低、易结焦等问题，利用MClx与木质素苯环之间的电子效应，以及对反应介质的选择，强化其转化体系中的传热与传质过程，研究电子效应、介质等因素与传热传质强化机制之间的关联规律等科学问题，耦合MClx与Pd/C催化剂之间的协同作用，实现木质素分子中特征化学键的选择性断裂，借助对金属阳离子结构的调控，实现木质素氢解产物的可选择性调控。从而，阐明木质素分子中的化学键活化与断裂及其演变规律，揭示木质素氢解过程的反应特性及反应历程，在此基础上，解决金属阳离子类型与Pd/C催化剂之间的协同作用及产物调控的关键科学问题，为木质素定向催化转化提供理论基础。

本项目以木质素的高效催化转化获得单酚类化合物为目标，围绕木质素氢解过程中存在的源于木质素类型的多样性、木质素分子内部复杂的化学键合方式与氢键作用，产生的解聚体系中热质传递不畅、解聚效率低、产物收率及选择性低、易结焦等问题，利用MClx与木质素苯环之间的电子效应，以及对反应介质反应条件等的选择，强化其转化体系中的传热与传质过程，耦合MClx与Pd/C催化剂之间的协同作用，实现木质素分子中特征化学键的活化和选择性断裂，从而获得高收率的单酚类化合物；借助对金属阳离子结构的调控，实现木质素氢解产物的选择性调控，阐明木质素分子中的化学键活化与断裂及其演变规律，揭示木质素氢解过程的反应特性及反应历程，解决金属阳离子类型与Pd/C催化剂之间的协同作用及产物调控的关键科学问题。已完成所有研究计划和研究目标要求。项目执行期间共发表学术论文17篇，其中SCI/EI 16篇，中文核心1篇，申请发明专利4件，其中3件获得授权。