光催化生物質平臺分子乙酰丙酸加氫環(huán)化合成γ-戊內酯的研究.pdf

1、隨著人類社會的飛速發(fā)展,三大傳統能源:石油、煤炭、天然氣不斷地被消耗,同時對環(huán)境也帶來了巨大的危害。因此,開發(fā)和利用新的綠色可持續(xù)能源已經迫在眉睫。生物質能作為新型能源的代表,是地球上唯一的可再生綠色有機碳源,可作為石油替代品生產燃料、化學品和碳基材料,憑借其可再生、低污染、總量極度豐富等特點受到廣泛關注。
　　太陽能作為一種綠色且可再生能源,人們開發(fā)出了利用太陽能的光催化技術。此技術具有綠色、環(huán)保、反應條件溫和的突出特征,是一種

2、非常有前景的、理想的綠色化學轉化技術。利用可再生的太陽能驅動生物質轉化無疑將是一條理想的綠色途徑。因此,研究和發(fā)展光催化作用下的生物質轉化具有非常重要的科學和實際意義。
　　乙酰丙酸作為一種重要的生物質平臺分子,多來源于生物質的水解。γ-戊內酯作為其重要的下游化學品之一,具有廣泛的用途—香精、食品添加劑、香料等。目前關于乙酰丙酸加氫環(huán)化合成γ-戊內酯研究主要利用熱催化方法,而利用光催化方法將乙酰丙酸轉化為γ-戊內酯的研究尚未見報道

3、。
　　在本文中,我們以探索生物質平臺分子乙酰丙酸光催化加氫環(huán)化合成γ-戊內酯為目的,以TiO2為光催化劑,首先合成不同晶相的TiO2光催化劑,并評價了其光催化乙酰丙酸加氫環(huán)化合成γ-戊內酯性能差異;在此基礎上加入貴重金屬助催化劑進一步提高光催化性能。隨后詳細評價了反應過程中各個因素對于反應的影響。主要內容如下:
　　1.以 TiO2(P25)為催化劑,以異丙醇為溶劑(氫源),調節(jié)反應條件,實現了乙酰丙酸光催化加氫環(huán)化向γ-

4、戊內酯的轉化,并利用 GC、GC-MS對產物進行了分析;
　　2.制備出 P25、P25(600)、P25(800)、P25(板鈦礦)四種不同晶相結構的TiO2光催化劑,并且選取了Pt、Pd、Au、Ru四種貴重金屬助催化劑對在異丙醇中乙酰丙酸加氫環(huán)化生產γ-戊內酯的反應性能進行了評測,發(fā)現在 P25(600)-Pt的情況下,得到的γ-戊內酯選擇性是最高的(70.34％);
　　3.在使用效果最好的P25(600)-Pt作為光

5、催化劑的基礎上,實驗詳細研究了助催化劑的含量、反應時間、反應體系中不同含水量對反應的影響;
　　4.根據上述的實驗進展,提出了合理的反應機理:TiO2光催化劑受光激發(fā)后,空穴電子發(fā)生分離,氫離子(主要來源為異丙醇與空穴反應后脫落)得到電子,形成活潑氫,隨后與乙酰丙酸或乙酰丙酸異丙酯(由溶解于異丙醇中的乙酰丙酸發(fā)生酯化反應生成)加氫生成γ-羥基戊酸或γ-羥基戊酸異丙酯,然后環(huán)化失水(或異丙醇)生成γ-戊內酯;
　　5.在上述的