固体酸碱双功能材料催化葡萄糖脱水制备5-羟甲基糠醛的应用基础研究

Biomass， as carbon or energy resources, has the advantage of being renewable, plentiful, and low in carbon emission thus representing a promising solution to current energy and materials shortage crisis. 5-hydroxymethyl furfural, HMF, derived from biomass, has great application potential owning to its unique chemical structure. Based on the understanding of hexose dehydration mechanism, the current proposal aims to devise an efficient yet simple method to prepare well-defined, tunable solid base catalysts for glucose isomerization to fructose. Subsequently, solid acid catalysts with the acid sites being modified by hydrophobic moieties will be developed to catalyze fructose dehydration to HMF, minimizing side reactions involving HMF and produced water. After gaining a deep understanding of these two catalytic systems, efforts will be devoted to the integration of different functional groups into one catalyst and its utility in glucose dehydration to HMF will be examined, hopefully leading to the ultimate industrial application of such methodologies.

生物质作为一种碳或者能源的原料，均具有可再生、储量大、生产利用排放低等优势，是解决当前能源危机，材料短缺的具有广泛前景的解决方案。生物质基5-羟甲基糠醛（5-hydroxymethyl furfural, HMF）因其独特的化学结构具有广泛的用途。在深入理解糖类脱水制备HMF的化学机理基础上，本项目提出构筑高效、简单的合成方法，制备结构明确，强度可调控，可用于葡萄糖异构化反应的固体有机碱催化剂；构筑超疏水固体有机酸催化剂，可用于果糖脱水制备HMF反应，疏水化学环境将减少HMF生成副产物的可能性，提高HMF得率。在深刻认识两种催化剂的结构、活性中心对催化活性、选择性的影响之后，重点设计制备兼有酸碱性质的固体催化体系，并测试其在催化性能，进而建立葡萄糖一步法制备HMF的新方法，推动HMF生产工业化的进程。

项目围绕丰富的农林废弃物作为原料得到的葡萄糖，设计合成多功能催化剂体系用于催化葡萄糖脱水制备HMF，开展了如下工作：.1）葡萄糖异构得到果糖的反应工艺与条件，催化剂的制备与表征，反应物、产物的检测，反应的动力学研究以及催化剂的循环使用研究；.2）果糖脱水生成HMF的工艺条件，催化剂的制备与表征，反应物、产物的检测，反应的动力学研究以及催化剂的循环使用研究；.3）葡萄糖直接制备HMF的工艺条件，催化剂的制备与表征，反应物、产物的检测，反应的动力学研究以及催化剂的循环使用研究。.4）申请了2项专利；发表了5篇论文，其中SCI收录5篇；另外有1篇已经被接收但是没有正式刊出的SCI论文。全国会议论文2篇，国际会议论文1篇。培养研究生毕业2名。