POMs纳米空心球合成及催化纤维素制备HMF性能

5-羟甲基糠醛(HMF)是一种关键的生物基化学品,广泛应用于燃料、塑料和医药等领域。从纤维素出发,高效、绿色制备HMF是一项巨大挑战。采用天然蜂蜡作为相变模板,利用软模板法构建一类纳米空心球状多金属氧酸盐(POMs)催化剂(CTA)_(n)H_(3-n)PW_(12)O_(40)(n=0~3,简称(CTA)_(n)H_(3-n)PW),独特的BrΦnsted性、空心球结构及吸附性保证了从纤维素出发高效水解制备5-HMF。(CTA)H_(2)PW空心球催化剂实现了纤维素转化率100%和HMF产率62.3%,在天然纤维素棉花、人工提取纤维素槿纤及落叶松综纤维素几种不同来源的纤维素中也表现出广泛的原料适用性。重复使用10次后,催化剂活性没有明显下降,表现出优异的非均相性和热稳定性。

温控型固体催化剂Bet_(n)H_(5-n)PMo_(10)V_(2)O_(40)在纤维素糖化中的催化性能

纤维素是自然界中分布最广、储量最大的天然有机物,高效糖化是纤维素应用的基础,而催化剂设计是应用的关键。开发具有合适酸性质、高效、低成本的固体催化剂以可持续地从纤维素生产糖仍是巨大挑战。基于此,构建多金属氧酸盐(POMs)温控型固体催化剂Bet_(n)H_(5-n)PMo_(10)V_(2)O_(40)(简写为Bet_(n)H_(5-n)PMoV,Bet为甜菜碱),其独特的酸、碱、氧化还原三中心相互协同,催化纤维素水解高效糖化。在反应过程中,催化剂随温度发生固液转化的温控性质使其以均相形式存在,克服了固-固传质障碍;质子取代调控催化剂的BrΦnsted(B)酸性,可抑制糖产物异构化;Bet无毒、价格低、稳定性高。系列催化剂中,BetH 4PMoV表现出最佳活性,在160℃、5 h、催化剂用量0.24 g条件下,纤维素转化率为92.8%,葡萄糖产率为51.2%;微波辅助下,催化效率大幅提高,在160℃、1 h、催化剂用量0.24 g条件下,转化率为100%,葡萄糖产率达80.3%。