双相体系中凹土负载型固体酸SO_4~(2-)/In_2O_3-ATP催化己糖降解5-羟甲基糠醛（英文）

作者：申越; 康玉茹; 孙建奎; 王超; 王波; 许凤; 孙润仓

来源：催化学报, 2017, 37(08): 1362-1368.

• 固体酸催化剂
• 凹土
• 5-羟甲基糠醛
• 双相体系
• 果糖脱水
• 葡萄糖异构化

凹土(ATP)有"千用之土、万土之王"之美誉,我国江苏省盱眙凹土矿资源量占世界储量的49%和我国储量的74%.ATP是一种天然链层状结构的含水镁铝硅酸盐黏土矿物,其分子式为(Mg,Al)4(Si)_8(O,OH,H_2O)_(26)·nH_2O.ATP具有一定酸性,层结构中的结构羟基可形成Br?nsted酸位点,暴露的Al~(3+)离子可形成Lewis酸位点.ATP经酸化或离子交换后作为催化剂直接应用较少.由于ATP具有较大的比表面积和较好的热稳定性,是良好的催化剂载体,因此多将ATP作为载体负载催化活性组分制备负载型催化剂.5-羟甲基糠醛(HMF)是由生物质得到的十二种平台化合物之一,是非常重要的中间体,可用于生产呋喃类衍生物,制备精细化学品、液体燃料和多种聚合物,还可生产5-羟基-4-酮-2-戊烯酸和乙酰丙酸.γ-戊内酯(GVL)是一种乙酰丙酸的加氢产物,可以代替乙醇作为汽油添加剂,也可用来生产丁烯同分异构体等化学品.本文以天然ATP为载体,通过浸渍-焙烧法设计和制备了兼具Br?nsted酸和Lewis酸的新型固体酸催化剂SO_4~(2-)/In_2O_3-ATP.该催化剂可催化己糖直接转化为HMF.ATP固有的微观结构和高比表面积使反应选择性提高.同时,结合固体酸活性位表征技术探索了己糖转化历程和HMF生成机制.结果表明,In(III)的引入使ATP催化性能更加优越.固体酸的Lewis酸位和Br?nsted酸位能分别有效催化葡萄糖异构和果糖脱水.优化的最佳反应条件为:GVL:H_2O双相体系比例9:1,反应温度180oC,反应时间60min.底物为葡萄糖时,HMF最高收率为40%.SO_4~(2-)/In_2O_3-ATP固体酸比纯ATP酸性更强,可重复使用4次,且不腐蚀设备,后处理简单,绿色环保.

• 单位
  中国科学院兰州化学物理研究所; 北京林业大学