《5-羥甲基糠醛選擇轉化制可再生對二甲苯的多相催化研究》是依託復旦大學，由曹勇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：5-羥甲基糠醛選擇轉化制可再生對二甲苯的多相催化研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曹勇
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
5-羥甲基糠醛(HMF)是一種重要的可再生平台分子，被認為是聯繫碳水化合物與傳統石化產業的橋樑化合物，研究其高效轉化利用對緩解資源緊缺危機和解決能源環境問題具有重要意義。本項目旨在研究和開發HMF催化選擇轉化制對二甲苯(PX)新工藝，並探究該過程機理和反應途徑。針對所涉及的HMF選擇還原制2,5-二甲基呋喃(DMF)及其後續DMF與乙烯環加成制PX等關鍵過程，研究本課題組近年發展的以甲酸作可再生氫源的HMF選擇還原制DMF的催化活性/選擇性變化規律；篩選和創製高性能乙烯環加成制PX催化劑；構建HMF為原料直接制PX的金屬-固體酸雙/多功能複合催化體系。系統認識載體表面酸鹼性質、金屬組分分散狀態及其與載體相互作用與催化活性、選擇性和穩定性的關係，明確相關過程選擇轉化作用機制，拓展催化劑設計理念，發現和創製HMF增值利用的高效催化體系，為發展相應生物質制芳烴新技術提供理論指導和科學基礎。
結題摘要
本項目針對多相金屬-固體酸雙/多功能複合催化劑在催化5-羥甲基糠醛(HMF)選擇轉化制對二甲苯(PX)反應中金屬-載體協同作用機制、性能設計及調控規律等關鍵問題開展了基礎性研究工作。在相關固體酸材料負載高分散金屬催化HMF選擇還原制2,5-二甲基呋喃(DMF)及其後續DMF與乙烯環加成制PX等關鍵過程的反應機理、性能調控規律和相關高效多功能固體催化體系設計等方面進行了探索。針對HMF選擇還原制DMF，發展了基於可再生甲酸（HCOOH）為氫源的高效氫解反應體系，可有效避免傳統加氫面臨的反應溫度高、選擇性低及產物損失嚴重等缺點。發展了氧化鋯負載Au-Pd高效催化劑，通過金屬與酸的功能匹配，實現了無外源H2氣體條件下HMF一步轉化為DMF，DMF收率高達98%。針對DMF與乙烯環加成/脫水成制PX反應，設計合成了高效鈮氧化物（NbOx）功能化介孔氧化矽材料，酸性質及NbOx與 MCM-41等介孔氧化矽的協同作用可有效活化乙烯與DMF分子，加快反應速率，獲得高達130 mmolPX(gcath)-1的初始反應速率，設計合成了基於四方相氧化鋯（t-ZrO2）簡單氧化物催化劑，通過調控相關氧化物的表面酸鹼特性、結構組成和產物環加成/脫水路徑分析，獲得收率達到90%的PX產物，催化劑可多次連續使用不失活，具有較好的穩定性。針對多功能複合催化劑上HMF到PX的集成式轉化，通過氧化鋯穩定Au-Pd粒子的金屬-固體酸雙功能協同作用（金屬中心的HMF選擇還原，酸中心的DMF與乙烯環加成），實現了單個多功能固體催化劑上HMF到PX的簡約集成式轉化。在上述研究基礎上，對該集成式HMF制PX反應過程進行了全面的技術經濟分析與論證。
