一种功能化聚合物催化剂及其在生物质碳水化合物制备生物基呋喃化学品中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种功能化聚合物催化剂及其在生物质碳水化合物制备生物基呋喃化学品中的应用

【技术实现步骤摘要】
一种功能化聚合物催化剂及其在生物质碳水化合物制备生物基呋喃化学品中的应用


[0001]本专利技术涉及有机化学
，尤其涉及一种功能化聚合物催化剂及其在生物质碳水化合物制备生物基呋喃化学品中的应用
。

技术介绍

[0002]生物质碳水化合物作为一种可再生的碳源，是一种很有潜力的化石能源替代品，是生产生物基化学品的原料之一
。
生物质碳水化合物的一个重要来源是非粮生物质
。
非粮生物质的储量丰富，生长周期短，结构简单，易于解聚，其中的碳水化合物含量高且易于提取，是一种很有潜力的生物质资源
。5
‑
羟甲基糠醛
(5
‑
HMF)
是碳水化合物脱水衍生的关键中间体化学品之一，是一种用途广泛的平台化合物，可用于合成多种化学品和燃料
。
利用生物质合成5‑
HMF
的过程中，固体催化剂应用广泛
。
目前常用的固体催化剂主要以碳基催化剂
、
分子筛和金属氧化物
、MOF
催化剂为主
。
其中，碳基催化制备过程需要高温碳化和后修饰
、
分子筛容易吸附副产形成积碳抑制其催化活性，金属氧化物需要高温活化和修饰且其催化活性较低，难以催化生物质转化为呋喃化学品
。MOF
催化剂原料廉价和制备简单，在催化生物质碳水化合物合成5‑
HMF
中得到广泛应用，但由于催化活性点不足导致其电子转移活性受限，一般催化温度较高，反应时间较长，限制了从糖类生物质合成5‑
HMF
的效率
。
如何开发出一种新型催化剂，以提升生物质转化为呋喃化学品的效率，对于将生物质转化为高附加能源化学中的工业化应用有非常重要的意义，也是本领域一直渴望解决的难题
。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种功能化聚合物催化剂及其在生物质碳水化合物制备生物基呋喃化学品中的应用，本专利技术提出的功能化聚合物催化剂，可以在温和条件下简单高效的催化生物质碳水化合物合成5‑
羟甲基糠醛，目标产品产率高，容易分离纯化，具有很好的工业化应用前景
。
[0004]本专利技术的目的是提出了一种功能化聚合物催化剂，由如下步骤制备得到：将第一组分和第二组分加入溶剂中，
180℃
‑
200℃
溶剂热反应8‑
16h
合成固体聚合物，然后将固体聚合物和第三组分置于
25℃
‑
60℃
的二氯甲烷中，通过浸渍法在二氯甲烷中利用第三组分修饰固体聚合物，洗涤
、
分离并干燥后，得到功能化聚合物催化剂；所述的第一组分包括金属氯化物，所述的第二组分包括呋喃酸，所述的第三组分包括磺化剂
。
[0005]优选地，所述的金属氯化物选自氯化锆
、
氯化铝和氯化铬中的任意一种；和
/
或，所述的呋喃酸选自糠酸
、2,5
‑
呋喃二甲酸和5‑
甲酰基
‑2‑
呋喃甲酸中的任意一种；和
/
或，所述的磺化剂选自氯苯磺酸
、
氯磺酸和对羟基苯磺酸中的任意一种
。
[0006]进一步优选，所述的第一组分与第二组分的摩尔比为
4:1
～
1:4。
[0007]进一步优选，所述的第一组分与溶剂质量体积比为5～
25:1g/L
，再进一步优选，所述的第一组分与溶剂质量体积比为
10:1g/L。
[0008]进一步优选，所述的第三组分与第一组分的摩尔比为
1:5
～
5:1
，再进一步优选，所述的第三组分与第一组分的摩尔比为
2:5。
[0009]进一步优选，所述的溶剂为二甲基甲酰胺，溶剂热反应的条件为反应温度
180℃
，反应时间
10
‑
14h。
[0010]本专利技术还保护所述的功能化聚合物催化剂的应用，所述的应用包括将所述功能化聚合物催化剂用于生物质碳水化合物制备生物基呋喃化学品
。
[0011]优选地，所述的生物质碳水化合物为单糖或二糖，所述的生物基呋喃化学品包括5‑
羟甲基糠醛
。
所述的单糖优选为果糖，二糖优选为蔗糖
。
[0012]本专利技术还保护一种生物基呋喃化学品的合成方法，包括如下步骤：至少使生物质碳水化合物
、
溶剂及所述的功能化聚合物催化剂混合形成混合反应体系，并使所述混合反应体系在
90℃
～
130℃
反应，从而获得所述的生物基呋喃化学品
。
利用离心分离从反应液中分离催化剂，洗涤干燥后重新用于催化反应，评价催化剂循环稳定性
。
[0013]优选地，所述的生物质碳水化合物与功能化聚合物催化剂的质量比为
5:1
～
1:5
；和
/
或，所述的生物质碳水化合物与溶剂的质量体积比为
1:60
～
160
；和
/
或，反应时间为1～
480min。
生物质碳水化合物与溶剂的质量体积比指固态物质
(
即生物质碳水化合物
)
和液态物质
(
即溶剂
)
的比值，其单位是
g/mL。
[0014]进一步优选，所述的生物质碳水化合物包括单糖或二糖；和
/
或，所述的生物基呋喃化学品包括5‑
羟甲基糠醛
。
所述的单糖优选为果糖，二糖优选为蔗糖
。
[0015]进一步优选，所述的溶剂选自水
、
低共熔溶剂
、
二甲基亚砜和离子液体中的一种以上
。
[0016]再进一步优选，所述的溶剂包括质量比为
6:1
～
1:6
的水与低共熔溶剂
、
二甲基亚砜或离子液体的混合物
。
所述的低共熔溶剂为摩尔比为
3:1
～
1:3
的氯化胆碱和多元醇的混合物
。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018](1)
本专利技术提供的功能化聚合物催化剂成分简单，廉价易得；
[0019](2)
本专利技术提供的生物基呋喃化学品的合成方法因采用了所述的功能化聚合物催化剂，可以在温和条件下简单高效的催化生物质碳水化合物合成5‑
羟甲基糠醛，目标产品产率高，容易分离纯化，具有很好的工业化应用前景
。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1得到的功能化聚合物扫描电镜形貌图<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种功能化聚合物催化剂，其特征在于，由如下步骤制备得到：将第一组分和第二组分加入溶剂中，
180℃
‑
200℃
溶剂热反应8‑
16h
合成固体聚合物，然后将固体聚合物和第三组分置于
25℃
‑
60℃
的二氯甲烷中，通过浸渍法在二氯甲烷中利用第三组分修饰固体聚合物，洗涤
、
分离并干燥后，得到功能化聚合物催化剂；所述的第一组分包括金属氯化物，所述的第二组分包括呋喃酸，所述的第三组分包括磺化剂
。2.
根据权利要求1所述的功能化聚合物催化剂，其特征在于，所述的金属氯化物选自氯化锆
、
氯化铝和氯化铬中的任意一种；和
/
或，所述的呋喃酸选自糠酸
、2,5
‑
呋喃二甲酸和5‑
甲酰基
‑2‑
呋喃甲酸中的任意一种；和
/
或，所述的磺化剂选自氯苯磺酸
、
氯磺酸和对羟基苯磺酸中的任意一种
。3.
根据权利要求1或2所述的功能化聚合物催化剂，其特征在于，所述的第一组分与第二组分的摩尔比为
4:1
～
1:4。4.
根据权利要求1或2所述的功能化聚合物催化剂，其特征在于，所述的第一组分与溶剂质量体积比为5～
25:1g/L
，所述的第三组分与第一组分的摩尔比为
1:5
～
5:1。5.
权利要求1‑4中任一项所述的功能化聚合物催化剂的应用，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明富，张平军，黄俊生，胡双岚，莫柳珍，
申请(专利权)人：广东省科学院生物与医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：