甘油二氧化碳直接製備碳酸甘油酯的催化劑和反應機理

《甘油二氧化碳直接製備碳酸甘油酯的催化劑和反應機理》是依託浙江大學，由侯昭胤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：甘油二氧化碳直接製備碳酸甘油酯的催化劑和反應機理
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：侯昭胤
• 項目類別：面上項目

項目摘要

生物柴油是公認的環保型、可再生、可以大規模減少二氧化碳排放的新型液體燃料，但是生物柴油生產過程中伴生的甘油已經嚴重過剩，目前大量的粗甘油通過焚燒排放。本項目以生物柴油基粗甘油為原料、在固載型錫基催化劑作用下、直接與二氧化碳反應製備碳酸甘油酯為目標；通過表面功能化和限域技術製備活性中心高度分散和穩定的催化劑，研究固體催化劑作用下甘油與二氧化碳的環化縮合反應的機理和粗甘油中的雜質對催化劑和反應過程的影響；研究超臨界反應介質對催化劑結構、活性中心的溶解和再分布等的影響和對目標反應機理的影響；並進一步通過反應條件的最佳化揭示適宜的催化劑結構和酸鹼性等與目標反應之間的構效關係規律。項目以高附加值的甘油的下游產品製備和二氧化碳減排為出發點，具有顯著的工業背景和社會效益；同時項目涉及的納米催化材料的製備和功能化，特別是以小分子多元醇活化為基礎的構效關係和反應機理的研究具有較高的學術價值。

結題摘要

根據項目計畫書，系統地研究了甘油在不同氣氛、不同溶劑、不同催化劑作用下的轉化機理，特別研究了甘油與碳酸二甲酯、甘油與二氧化碳直接製備碳酸甘油酯的催化劑及反應機理。在碳酸甘油酯的合成反應中的主要結論及成績有：①系統地總結了碳酸甘油酯的製備與催化劑的鹼性之間的關係；②製備碳酸甘油酯的催化劑必須具備特殊的孔道結構；③碳酸甘油酯不穩定，易分解成縮水甘油，一些微量的鹽（如CaCl2等）都可以促使上面的分解過程，這一特徵可以用來指導甘油-碳酸甘油酯-縮水甘油之間的反應循環、以實現二氧化碳的捕集吸收、固定和濃縮；④新型稀土層板催化劑由於可以穩定甘油與二氧化碳直接反應的產物，具有較高的收率。 在甘油的活化及定向轉化反應中的主要結論和成果有：①系統地總結和討論了甘油氫化反應中催化劑的酸鹼性、氫溢流特性對反應結果的影響，得到了國內外研究同行的高度評價；②開展了無化石氣態氫源條件下的甘油氫化反應研究，研究了以甲醇、生物乙醇等為氫源的、溫和條件下甘油氫解反應；③先後採用添加磁性核心、熱穩定性較好的碳納米管對甘油氫解反應中活性表現突出的Cu-固體鹼催化劑進行了改進，提高了其反應活性、重複使用性等；④特別研究了碳納米管負載的Pt, Pt-Sb, Pt-Bi催化劑對甘油選擇性轉化的影響規律，深入揭示了催化劑的組成及形貌對甘油選擇性活化過程的影響，發現碳納米管負載的Pt-Sb具有優異的活性（初始活性比單一的Pt提高了160%）和較高的二羥基丙酮的選擇性。 在催化劑的製備及反應機理的表征方面：①相繼考察了在甘油轉化反應中表現突出的Pt催化劑在不同載體上的製備規律、分布規律、活性規律，拓展研究了石墨烯載體負載的金屬及金屬氧化催化劑；②採用Raman等手段表征了甘油在不同的催化劑（碳基載體及固體酸鹼載體）上的吸附及轉化特徵；③初步採用理論計算模擬了催化劑上的轉化過程及規律。 在本課題的資助下，已經發表標註論文20篇（其中SCI論文20篇），申請國家發明專利9項（2項已經獲得授權），培養博士生4名、碩士生3名，本科生7名。項目組成員參加國際會議2人次、國內學術會議10人次。