《生物質催化轉化製備呋喃基化學品和苯酚的研究》是依託天津大學，由李永丹擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：生物質催化轉化製備呋喃基化學品和苯酚的研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：李永丹
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以生物質為原料生產高附加值化工產品是能源化工領域的研究熱點之一，也是實現能源可持續利用的重要途徑；本項目通過對纖維素和木質素催化降解過程的深入研究，探究以離子液體或超臨界流體為反應介質，以金屬納米材料和固體酸為催化劑催化纖維素和木質素轉化合成生物基化學品和的研究；依據纖維素分子羥基多、易環合的結構特點，採用含Ni、Pt、Rh、Au或Mn等單組分或雙組分的金屬納米材料為催化劑，實現纖維素的脫聚和原位轉化過程協同進行，高效、高選擇性地合成2，5-二甲基呋喃和2,5-呋喃二甲酸；依據木質素分子中C-O-C鍵和C-C鍵可選擇性斷裂的特性，採用金屬配合物和固體酸為催化劑，實現木質素直接轉化合成苯酚；同時，採用原位光譜法和動力學分析法等手段對催化過程跟蹤研究，提出纖維素和木質素降解過程的反應機理，並使用分子模擬和理論計算等技術手段進行驗證，為生物質能源的工業套用奠定基礎.
結題摘要
生物質是自然界唯一的可再生有機碳源，具有儲量大、“零”碳排放、可再生等優點。生物質資源可用於替代傳統的化石能源（如石油、煤、天然氣等）生產液體燃料和精細化學品，這被認為是緩解當前能源危機和控制環境污染的有效途徑。然而，傳統的燃燒和氣化兩種利用方式存在資源利用率低、深加工程度不高以及產物收率低的問題，極大限制了生物質資源的開發與利用。本項目致力於生物質中含量最高的纖維素和木質素的資源化利用以及生物基平台化合物的選擇性轉化研究，開發生物質液相高效轉化的方法和催化精煉反應體系，為生物質的利用提供一條有廣闊前景的轉化路線，對我國經濟可持續發展具有重要的戰略意義。 整個項目取得多項研究成果，包括：（1）採用機械活化方式預處理生物質，促進纖維素的水解；研究CO2/高溫水體系對生物質的水解作用，探究金屬鹽對CO2水解生物質體系的影響規律，實現生物質的初步水解及生物質組分的分離純化，開發SO42-/TiO2固體酸催化劑用於纖維素的水解、葡萄糖和呋喃基化學品的合成。（2）開發了用於多糖和單糖選擇性轉化製備5-羥甲基糠醛的金屬錫催化體系、石墨衍生物固體酸和金屬氧化物固體酸催化體系；研究了平台化合物糠醛和5-羥甲基糠醛的氧化反應以及定向還原過程，設計開發出碘化亞銅-氮氧自由基催化體系、離子摻雜型氧化錳催化劑、負載型金屬鈷催化劑和金屬鎳基催化劑，實現了2-呋喃丙烯醛、2, 5-呋喃二甲醛和2-呋喃甲醇等多種呋喃基化學品的高效綠色合成工藝。（3）採用碳化鉬固體催化劑和超臨界溶劑體系，首次將木質素完全轉化為對、鄰二甲苯、單酚等芳香類化學品和己醇、己酸乙酯、苯甲醇等多種重要香料和醫藥中間體，產物無焦油、焦炭的生成，這是國際上報導的木質素解聚轉化的最高收率。研究愈創木酚選擇性轉化為酚類化合物，探討C-O鍵斷裂以及愈創木酚轉化的反應機理。 在項目執行期內，發表學術論文56篇，授權國際專利1項、國內專利4項，培養博士後、博士和碩士研究生29人。舉辦三屆“能源與環境可持續發展中的催化科學與技術”國際研討會、第十八屆全國催化學術會議以及第十屆國際環境催化會議，參會人數累計超過4000人次，深入交流和探討了生物質轉化領域的熱點研究課題。此外，組織Catalysis Today、International Journal of Hydrogen Energy等國際學術刊物的十二期特刊。
