《生物基甘油催化》word版.doc

研究课题名 称生物质基甘油光催化选择性氧化的研究所属类别（ A ）A、自然科学类论文B、发明制作C、社会科学类论文起止时间2010.9-2011.9成果形式论文申请经费总 额1200.0元其它经费来源校高级人才基金项目项目的基本内容，项目研究的目的基本思路，国内外研究现状、水平和发展趋势，本研究达到的科学技术水平和预期社会经济效益近年来，随着油价上涨及传统能源价格上涨，生物柴油的需求和生产快速增长，其主要副产品粗甘油产量迅速增加，导致甘油价格下降，呈现供大于求的局面。因此，为生物柴油副产物粗甘油寻找出路已成为生物柴油发展的重要课题，副产品甘油的利用成为生物柴油生产企业的难题。本项目利用光催化选择性氧化生物柴油副产物粗甘油，就是在光的作用下进行的化学反应，选择性氧化粗甘油生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。其化学反应的活化能来源于光子的能量，并且在生产过程中避免了传统化学氧化过程所带来的成本高、污染严重等问题，对促进生物质开发具有十分重要的意义。同时，利用光催化绿色技术将甘油在很温和的条件下，选择性氧化为高附加值的大宗化工产品和精细化学品，实现生物柴油产业的可持续发展。目前，欧、美及日本等发达国家对甘油催化氧化的研究重点主要在催化剂及反应条件两个方面。在催化剂方面，近年来报道的甘油化学催化选择性氧化的催化剂有：负载型金属及其改性催化剂（Bi、Pd、Pt、Au）、微孔沸石材料如TS-1、介孔Ti-MCM-41等。在反应条件方面，主要研究空气、分子氧或双氧水作为氧化剂的液相反应及其不同氧化剂条件下的反应条件。在研究中碰到不少问题，比如说在使用Pt催化剂用于催化氧化甘油过程中，随着反应进行，催化剂的活性越来越低；当负载型Au选择性氧化甘油时，对催化剂的粒径有一定的要求，增加了催化剂制备的难度。国内也有几家院校及单位正在进行此方面技术的研究和开发，并取得了阶段性的成果。 本项目预期开发一种新的化学催化氧化甘油的技术，以生产生物柴油中的直接副产物粗甘油为原料，选择性制备二羟基丙酮，其可做农药中间体，可用来合成杂环化合物，用于羟醛缩合反应制取各种手性化合物及制备糖类化合物、具有光学活性的仲醇、内酯和环状化合物，可做成化妆品原料，用作皮肤防晒的组成成分，可用于果蔬、水产品、肉制品的防腐保鲜，还具有降低猪体的脂肪作用, 可用于饲料添加剂, 提高瘦肉率。不仅具有良好的经济效益也具有良好的社会效益，对于生物柴油制造产业具有直接的推进作用。本研究将系统考察光催化剂的结构、光催化氧化的设备及工艺对甘油选择性氧化的性能，从工业化角度分析不同催化剂及反应器的可操作性和可行性。为进一步实现甘油的高效催化转化奠定基础。项目的研究思路和方法，技术路线、实验方案及可行性分析（包括过去的研究工作基础、现有条件）研究思路：(1) 设计基于上述条件下能实现光催化反应的高效选择性复合催化剂。(2) 建立有机物/纳米催化材料界面的表征方法，揭示其对催化选择活性影响的规律性。(3) 研究氧化产物的分离工艺，设计分离的工艺流程，采用萃取、减压蒸馏等方式得到二羟基丙酮。计算相关反应的活性及选择性。(4) 研究不同光源以及光强度对反应的影响，主要研究紫外光、太阳光催化氧化粗甘油的差异，研究不同紫外光波长对反应选择性以及转化率的影响。研究方法：（1）制备以可见光为驱动力的复合催化剂通过传统的光化学还原制备类贵金属碳化钨，碳化钼（WC，MoC）负载的TiO2光催化剂。（2）复合催化剂的表征及性质测试通过XRD、SEM、TEM、BET比表面积和孔径分析复合催化剂的结构和形貌，元素的不同负载量对复合催化剂的比表面积，孔径和孔容也有一定的影响，结合复合催化剂的表征结果考察金属元素的负载量对选择活性的影响。并依据实验结果及时修正和调整合成路线，优化合成方法。（3）氧化产物的分离及测定光照结束后，经蒸发浓缩加入到硅胶为填充物的色谱柱中，以乙酸乙酯为洗提液进行淋洗，所得溶液转移到旋转蒸发仪中进一步浓缩干燥得到晶状物质。通过1H、13CNMR及GC/MS分析来确定产物的结构，计算产物的产率及转化率。（4）反应条件对活性及选择性的影响本项目拟分别从光源和光强的角度，探讨反应条件变化反应的选择性和转化率的影响。具体采用紫外光和太阳光光照。并通过选择性和产量的计算进一步优化反应条件和工艺。技术路线:设计构筑复合催化材料反应条件的设计与控制催化合成产物的选择活性产物与纳米催化材料表界面相互作用及微观机理可行性分析：新型环境友好光催化选择性合成有机物的研究是一个值得大力去开拓的前沿研究领域，极具前瞻性，有着广阔的发展空间。该研究利用光催化绿色技术将甘油在温和的条件下，选择性氧化为高附加值的大宗化工产品和精细化学品，对于降低生物柴油成本、解决环境污染问题、促进生物质开发具有十分重要的意义，可望实现生物柴油产业的可持续发展。方在环境和材料方面有着重大的应用价值。该研究立足于当今前沿热门研究领域-光催化合成，而且研究中所采用的方法大抵为通用的结构测定和物性分析测量的实验和理论方法，且方法成熟，因此理论和实验技术上既可行又可靠。课题组成员在有机物的分离，分析等方面也积累了不少经验，为本项目的有机合成部分积累了不少经验。课题组拥有自制的微型光催化设备及有机物分离、分析的相关设备，为项目的顺利实施奠定的重要基础。四、作品的实际应用价值和现实意义（A、C类），作品的使用范围及推广前景及市场分析和经济效益预算（B类）在各种物理化学表征结果的基础上，建立了催化剂的结构-性能关系，为其他生物质催化转化过程的催化剂设计提供了参考。本项目的实施为寻找生物柴油副产物粗甘油的出路，解决生物柴油生产企业的难题，不仅具有良好的经济效益也具有良好的社会效益，对于生物柴油制造产业具有直接的推进作用。五、年度研究计划及预期进展最终预期研究成果，有助于理解、评审的现有技术和参考文献检索目录2011.9-2011.12购置相关小型设备和原料，调试设备性能，合成催化剂，摸清有机合成的反应条件和分离、分析路线，建立合理有效的合成方法，并进行初步的探索实验，整理实验结果，对所得催化材料进行结构和性质等的全面表征.2011.12-2012.9探讨催化剂选择性合成有机物的活性和选择性，并依据实验结果，完善材料的设计和合成思路，直到得到满意的催化材料；调试不同的光源，探索最优的工艺条件，总结实验结果，撰写发表论文。上述研究计划将根据研究工作的进展情况穿插进行。 经费预算 1200.0 单位：元支出项目金额计算根据和理由实验材料费用1000.0反应用原材料、玻璃设备检测表征等费用软件信息费用200.0文献检索、资料费等费用