多相催化臭氧选择氧化肉桂油制苯甲醛的研究

With the development of social and the consciousness of people's food security, the demand of natural aldehydes, such as natural benzaldehyde, is getting greater and greater. Taking advantage of strong oxidizing of ozone, the project focus on the heterogeneous catalyzed ozonation for cinnamic oil(the main component is cinnamic aldehyde) selective oxidation to benzaldehyde using transition metal oxides and complex oxide as catalysts. To study the adsorption of ozone on the catalyst's surface, the active species in the oxidation process and the contribution of catalyst on the selected oxidation of cinnamaldehyde, emission spectroscopy, in situ infrared spectroscopy, GC-MS will be used to monitor the active species of the reaction intermediate and the stability product. And the catalyzed ozonation reactivity, the characterization results of the microstructure of the heterogeneous catalyst and the data of the reaction kinetics were interrelated. The design of catalyst molecular of transition metal oxides and complex oxide, the adsorption rules of ozone on the catalyst's surface, the synergistic effect between the heterogeneous catalysts and the ozone in the catalyzed ozonation process and the reaction process and mechanism of catalyzed ozonation for cinnamon oil selective oxidation to benzaldehyde will be studied in the present project. The results will provide theoretical basis and scientific foundation for design and optimization of the catalyzed ozone selective oxidation technology of cinnamic aldehyde to benzaldehyde, and also can further enriched the theory of catalyzed-ozone oxidation.

随着社会发展和人们食品安全意识的提高，天然醛类香料如天然苯甲醛等的需求越来越大。项目旨在利用臭氧的强氧化性，在过渡金属氧化物及其复合氧化物催化剂的作用下，进行多相催化臭氧选择氧化肉桂油(主要成分为肉桂醛)为苯甲醛的反应。采用发射光谱、原位红外光谱、GC-MS等对反应的中间活性产物和稳定产物进行监测，考察臭氧在催化剂表面的吸附、催化臭氧选择氧化过程中活性物种及催化剂对肉桂醛选择氧化的贡献，并关联催化臭氧选择氧化反应活性、多相催化剂的微观结构表征数据及反应动力学数据等。研究过渡金属氧化物及其复合氧化物催化剂的分子设计，臭氧在催化剂表面的吸附规律，肉桂醛选择氧化过程中多相催化剂与臭氧的协同效应以及催化臭氧选择氧化肉桂油为苯甲醛的反应过程及机理。研究结果既可为设计和优化肉桂醛催化臭氧选择氧化为苯甲醛的工艺提供系统的理论基础和科学依据，也可进一步丰富催化臭氧选择氧化理论。

项目利用臭氧的强氧化性，在过渡金属氧化物催化下，进行臭氧选择氧化肉桂油(主要成分为肉桂醛)为苯甲醛的反应。研究氧化物催化剂的分子设计，臭氧在催化剂表面的吸附规律，催化剂与臭氧的协同效应以及催化臭氧选择氧化肉桂油为苯甲醛的反应过程及机理。研究表明，活性炭、ZnO、Fe2O3、CuO、Al2O3和CaO等对催化臭氧化肉桂醛制苯甲醛过程有催化作用，其催化臭氧化活性与催化剂的碱性强度有关。CaO上的本征动力学研究表明，当反应处于动力学控制区域时，表面反应是速率控制步骤，肉桂醛吸附的Eley-Rideal模型能够更好的解释CaO催化臭氧化肉桂醛制苯甲醛过程，肉桂醛以分子形式吸附在CaO表面上，当向反应体系中引入O3气体后，O3分子首先在CaO表面的强碱位点上解离生成活性氧(O2-、O3-、O-)，然后与肉桂醛反应生成肉桂酸，进一步氧化成苯甲醛，苯甲酸和马来酸酐，最终在室温下被矿化为COx（CO2、CO）。该项目立足于广西丰富的肉桂油资源，采用高效无毒的催化剂、避免使用有害的试剂，以臭氧为氧化剂，在温和的反应条件下实现资源利用过程和自然生态过程的调和，将丰富和延长广西区的优势林化产品的产业链，促进相关产业的发展。研究结果既可为设计和优化肉桂醛催化臭氧选择氧化为苯甲醛的工艺提供系统的理论基础和科学依据，也可进一步丰富催化臭氧选择氧化理论。因项目基于实际工业过程开展研究，项目除发表论文外，还申请了6件专利，目前，已经有一项专利进行了成果转化。