Citation: Tianyu Deng, Guangyue Xu, Yao Fu. One-pot cascade conversion of xylose to furfuryl alcohol over a bifunctional Cu/SBA-15-SO3H catalyst[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(3): 404-414. doi: S1872-2067(19)63505-9
				
			
			Cu/SBA-15-SO3H催化木糖一锅转化制备糠醇
XRD表征和TEM及HRTEM图像均表明,在负载了磺酸和Cu之后,均会一定程度上破坏SBA-15的形貌,但是依然可以保持原本的有序介孔结构.XPS表明还原后的Cu主要以+1价的形式存在,也有少量的0价和+2价.红外光谱表明磺酸基团和SBA-15载体以共价键形式紧密结合.氮气吸脱附和相关的BET和BJH计算表明,我们的原位制备方法相比于传统浸渍法,磺酸位点的含量提高了7倍以上.
通过对反应条件的优化,该体系在140℃和4 MPa H2下可以实现62.6%的糠醇收率.过高的温度会引起产物过度加氢生成2-甲基呋喃,而过高的压力会导致原料过度加氢生成木糖醇.合适的溶剂也是反应的关键因素,使用1:3的水/丁醇双相体系,一方面可以有效促进糖的溶解,另一方面可以有效萃取产物,保证了反应的碳平衡.
在对催化剂的筛选中发现,单独的SBA-15几乎无催化活性,Cu/SBA-15主要催化木糖加氢生成木糖醇,SBA-15-SO3H主要催化木糖脱水生成糠醛,而物理混合的Cu/SBA-15和SBA-15-SO3H的效率远不如双功能Cu/SBA-15-SO3H催化剂.通过调节磺酸含量和探究产物时间曲线发现,提高酸性位点可以促进木糖转化,但是过多的酸性位点会导致结焦,降低糠醇收率.共同存在的磺酸酸性位点和铜金属位点保持平衡,协同催化串联反应进行.通过调节SBA-15的孔道结构发现,4nm的孔道最适合反应进行,孔道过大会降低反应的整体碳收率和糠醇收率.
本催化体系实现了从木糖一锅多步法制糠醇,并对催化剂的构效关系进行了研究,对反应条件进行了系统的优化,有希望实际应用到糠醇生产中.
English
One-pot cascade conversion of xylose to furfuryl alcohol over a bifunctional Cu/SBA-15-SO3H catalyst
- 
								Key words:
								
 - Biomass
 - / Furfuryl alcohol
 - / Heterogeneous catalysis
 - / One-pot synthesis
 - / Xylose
 
- 
							
- 
			
[1] H. Li, Z. Fang, R. L. Smith, S. Yang, Prog. Energy Combust. Sci., 2016, 55, 98-194.
 - 
			
[2] D. M. Alonso, S. G. Wettstein, J. A. Dumesic, Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 8075-8098.
 - 
			
[3] J. Byun, J. Han, Green Chem., 2017, 19, 5214-5229.
 - 
			
[4] A. Corma, S. Iborra, A. Velty, Chem. Rev., 2007, 107, 2411-2502.
 - 
			
[5] D. M. Alonso, S. G. Wettstein, J. A. Dumesic, Green Chem., 2013, 15, 584-595.
 - 
			
[6] J. N. Chheda, G. W. Huber, J. A. Dumesic, Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 7164-7183.
 - 
			
[7] J. E. Romo, N. V. Bollar, C. J. Zimmermann, S. G. Wettstein, Chem-CatChem, 2018, 10, 4805-4816.
 - 
			
[8] S. Dutta, S. De, B. Saha, M. I. Alam, Catal. Sci. Technol., 2012, 2, 2025-2036.
 - 
			
[9] K. Yan, G. Wu, T. Lafleur, C. Jarvis, Renew. Sustain. Energy Rev., 2014, 38, 663-676.
 - 
			
[10] S. Chen, R. Wojcieszak, F. Dumeignil, E. Marceau, S. Royer, Chem. Rev., 2018, 118, 11023-11117.
 - 
			
[11] C. Sener, A. H. Motagamwala, D. M. Alonso, J. A. Dumesic, ChemSusChem, 2018, 11, 2321-2331.
 - 
			
[12] W. Gong, C. Chen, Y. Zhang, H. Zhou, H. Wang, H. Zhang, Y. Zhang, G. Wang, H. Zhao, ACS Sustain. Chem. Eng., 2017, 5, 2172-2180.
 - 
			
[13] X. Zhang, K. Wilson, A. F. Lee, Chem. Rev., 2016, 116, 12328-12368.
 - 
			
[14] P. Bhaumik, P. L. Dhepe, Catal. Rev.-Sci. Eng., 2016, 58, 36-112.
 - 
			
[15] I. Agirrezabal-Telleria, J. Requies, M. B. Güemez, P. L. Arias, Appl. Catal. B Environ., 2014, 145, 34-42.
 - 
			
[16] C. P. Jiménez-Gómez, J. A. Cecilia, D. Durán-Martín, R. Moreno-Tost, J. Santamaría-González, J. Mérida-Robles, R. Mariscal, P. Maireles-Torres, J. Catal., 2016, 336, 107-115.
 - 
			
[17] P. N. Paulino, R. F. Perez, N. G. Figueiredo, M. A. Fraga, Green Chem., 2017, 19, 3759-3763.
 - 
			
[18] J. Cui, J. Tan, X. Cui, Y. Zhu, T. Deng, G. Ding, Y. Li, ChemSusChem, 2016, 9, 1259-1262.
 - 
			
[19] R. F. Perez, M. A. Fraga, Green Chem., 2014, 16, 3942-3950.
 - 
			
[20] Y. He, Y. Ding, C. Ma, J. Di, C. Jiang, A. Li, Green Chem., 2017, 19, 3844-3850.
 - 
			
[21] Y. Nakagawa, M. Tamura, K. Tomishige, ACS Catal., 2013, 3, 2655-2668.
 - 
			
[22] R. Weingarten, G. A. Tompsett, W. C. Conner Jr., G. W. Huber, J. Catal., 2011, 279, 174-182.
 - 
			
[23] S. J. Canhaci, R. F. Perez, L. E. P. Borges, M. A. Fraga, Appl. Catal. B Environ., 2017, 207, 279-285.
 - 
			
[24] R. F. Perez, S. J. Canhaci, L. E. P. Borges, M. A. Fraga, Catal. Today, 2017, 289, 273-279.
 - 
			
[25] R. F. Perez, O. S. G. P. Soares, A. M. D. de Farias, M. F. R. Pereira, M. A. Fraga, Appl. Catal. B Environ., 2018, 232, 101-107.
 - 
			
[26] J. Guo, G. Xu, Z. Han, Y. Zhang, Y. Fu, Q. Guo, ACS Sustainable Chem. Eng., 2014, 2, 2259-2266.
 - 
			
[27] T. Deng, L. Yan, X. Li, Y. Fu, ChemSusChem, 2019, 12, 3837-3848.
 - 
			
[28] D. M. Lai, L. Deng, J. Li, B. Liao, Q. X. Guo, Y. Fu, ChemSusChem, 2011, 4, 55-58.
 - 
			
[29] D. Zhao, J. Feng, Q. Huo, N. Melosh, G. H. Fredrickson, B. F. Chmelka, G. D. Stucky, Science, 1998, 279, 548-552.
 - 
			
[30] N. V. Krishna, S. Anuradha, R. Ganesh, V. V. Kumar, P. Selvam, ChemCatChem, 2018, 10, 5610-5618.
 - 
			
[31] D. Margolese, J. A. Melero, S. C. Christiansen, B. F. Chmelka, G. D. Stucky, Chem. Mater., 2000, 12, 2448-2459.
 - 
			
[32] M. Kondeboina, S. S. Enumula, V. R. B. Gurram, R. R. Chada, D. R. Burri, S. R. R. Kamaraju, J. Ind. Eng. Chem., 2018, 61, 227-235.
 - 
			
[33] H. Tian, X. L. Zhang, J. Scott, C. Ng, R. Amal, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 6432-6438.
 - 
			
[34] S. Ganesh Babu, R. Vinoth, P. Surya Narayana, D. Bahnemann, B. Neppolian, APL Mater., 2015, 3, 104415/1-104415/8.
 - 
			
[35] A. E. R. S. Khder, S. A. Ahmed, K. S. Khairou, H. M. Altass, J. Porous Mater., 2017, 25, 1-13.
 - 
			
[36] L. Hu, Y. Huang, F. Zhang, Q. Chen, Nanoscale, 2013, 5, 4186-4190.
 - 
			
[37] G. Li, H. Cheng, X. Xiong, X. Lu, C. Xu, C. Lu, X. Zou, Q. Xu, Sci. Rep., 2017, 7, 3212.
 - 
			
[38] E. M. Usai, M. F. Sini, D. Meloni, V. Solinas, A. Salis, Microporous Mesoporous Mater., 2013, 179, 54-62.
 - 
			
[39] B. O. Dalla Costa, M. S. Legnoverde, C. Lago, H. P. Decolatti, C. A. Querini, Microporous Mesoporous Mater., 2016, 230, 66-75.
 - 
			
[40] R. Estevez, M. I. López, C. Jiménez-Sanchidrián, D. Luna, F. J. Romero-Salguero, F. M. Bautista, Appl. Catal. A Gen., 2016, 526, 155-163.
 - 
			
[41] V. Choudhary, S. I. Sandler, D. G. Vlachos, ACS Catal., 2012, 2, 2022-2028.
 - 
			
[42] I. Agirrezabal-Telleria, J. Requies, M. B. Güemez, P. L. Arias, Appl. Catal. B Environ., 2012, 115-116, 169-178.
 - 
			
[43] X. Hu, R. J. M. Westerhof, D. Dong, L. Wu, C.-Z. Li, ACS Sustain. Chem. Eng., 2014, 2, 2562-2575.
 
 - 
			
 - 
							
							
							
							
							
						 
						扫一扫看文章
					计量
- PDF下载量: 7
 - 文章访问数: 1152
 - HTML全文浏览量: 81
 

下载: