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活性炭负载铁催化木糖向糠醛的转化
文章作者:ca88亚州城 更新时间:2020-7-23 16:23:20

  活性炭负载铁催化木糖向糠醛的转化,糠醛是一种重要的基于生物质的化学品,具有许多应用。能被广泛地直接用作溶剂,化学品和生物聚合物,其中有许多是用于替代石化衍生的类似物,是一种很有价值的化学品。

  每年糠醛产量大约30万吨,它是由戊糖(主要是木糖)脱水形成的,戊糖可以通过不同的农业残留物(玉米秸秆,小麦秸秆,甘蔗渣,稻壳,燕麦壳)或林业废料(桦木或杨木屑)水解来获得。当前的工业方法使用无机酸,如硫酸,磷酸或盐酸作为催化剂,只能产出50%糠醛。出现的问题有相对较低的产率,较高的能耗以及与酸性工艺废料有关的环境问题。以活性炭为载体的催化剂具有吸附力,因为仅限于是具有高表面积和良好热稳定性的低成本材料,并且易于用官能团进行改性。含有杂原子(例如氧)的活性炭表面基团可以充当金属颗粒的固定位点,并产生较高的金属分散度。除了金属的路易斯酸度外,多样化的表面还可以实现布朗斯台德酸度,这可以进一步促进木糖转化为糠醛。

  活性炭催化剂的制备与表征

  活性炭载体由水解木质素制备,为了用铁对活性炭进行改性,通过在活性炭载体上进行初期湿润浸渍,添加了金属盐,目的是使铁中的目标浓度达到目标。最后,将活性炭催化剂在氮气中连续冲洗制成成品。使用扫描电子显微镜(SEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)观察物理活化的载体活性炭和催化剂活性炭的形态。SEM图像清楚地显示了活性炭表面上的颗粒,而普通活性炭不包含任何可见颗粒。载体和两种催化剂在SEM和STEM中均显示出非常多孔的结构。

  图1:几种活性炭的扫描电子显微镜(SEM)图像。

  图2:在扫描透射电子显微镜中使用能量色散X射线光谱学对活性炭载铁催化剂进行化学作图。该图揭示了铁很可能以氧化铁的形式存在于碳表面,因为铁和氧出现在相同的位置。

  未载入活性炭催化生产糠醛

  转化测试对没有任何载体或催化剂的对照实验。这种所谓的自催化能够在1.5小时内在160°C下产生12%的糠醛收率和18%的木糖转化率。自催化基于高温和高压,其中水的离解常数增加。此外,在反应过程中可能会形成有机酸(例如甲酸和乳酸),从而进一步催化水解反应。然而,160℃的反应温度和1.5小时的反应时间代表相当温和的条件,因此仅获得低转化率和产率。

  活性炭载金属催化生产糠醛

  选择反应介质后,使用载金属的活性炭催化剂。用于糠醛生产。在糠醛产率中,催化剂之间存在差异,且产率在33%至68%之间变化。尽管木糖转化几乎完成,但是氯化铬和氯化铝的糠醛收率最低。因此,在所有催化剂中,它们的选择性(分别为34%和38%)最差。与铬或铝相比,氯化锡和氯化锌的糠醛收率略高,其选择性也更高(分别为46%和48%)。然而,使用氯化铁作为催化剂,糠醛的收率(68%)和选择性(70%)最高。许多次测试已经表明的FeCl 3产生在水介质中的最高产量糠醛相对于其他金属卤化物。用载铁活性炭在我们的测试中获得了68%的糠醛收率。总结做过的测,用活性炭负载铁使用化学活化法在铁浸渍之前和之后都产生了很好的糠醛收率。

  在活性炭负载铁催化木糖向糠醛的转化的测试中,我们制备了三种不同的活性炭载体和五种不同的催化剂,并在糠醛生产中进行了研究。在相似的条件下,使用含更多铁的活性炭催化剂的结果较低(54%收率,93%转化率和60%选择性)。载入铁的量不正确会降低糠醛收率,木糖转化率和选择性。根据催化剂的特性,铁在非均相催化剂表面上呈氧化铁形式,与FeCl 3相比,可能对其催化活性产生积极影响。此外,在活性炭载铁的表面检测到羟基,这会增加催化剂布朗斯台德酸位,因此可以增加糠醛的生产。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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