摘要
生物质是一种可再生的清洁有机碳源，以其替代化石资源生产高附加值的化学品和燃料，能有效减少二氧化碳净排放，因此，生物质资源的高值化利用研究受到了广泛关注。而糖类是生物质的主要组成成分，通过糖平台将生物质转化为高附加值化学品是生物质资源利用的重要策略之一。其中葡萄糖异构制备果糖是生物质转化过程中一个重要的基本过程。开发高效的催化体系实现上述过程具有重要的科学意义和应用价值，本论文开发了含Sn固体Lewis(L)酸催化剂用于葡萄糖异构化制果糖，针对催化剂结构、催化性能及稳定性展开了系统研究，主要研究内容和结论如下: (1)本文创新性地使用硅烷偶联剂3-氨基丙基-乙氧基硅烷(APTES)对SiO2纳米管(SNT)进行改性，对改性后的SNT进行金属Sn掺杂，得到Sn/SNT催化剂，用于催化葡萄糖异构制果糖。金属Sn位是催化葡萄糖异构的L酸中心，本文研究发现Sn的负载量及所使用APTES浓度能够影响Sn的状态及其催化性能。当Sn负载量为3wt％,APTES浓度0.01mol/L时，催化性能最优，此时催化剂具有较高的酸量，和最高的弱酸/中强酸比例。为了进一步探究催化剂的构效关系，本文利用其他含Sn硅基催化剂(SnBeta、Sn-WCB、SnO2-SNT)进行对照实验。相比其他几类含Sn硅基催化剂，Sn/SNT催化性能更为优异的原因主要是其具有高L酸量和高硅羟基密度。论文对反应条件进行了优化，优选的Sn/SNT催化剂在110℃下反应6h,果糖收率高达69.1％。该催化剂虽然表现出优异的葡萄糖异构性能，但是其稳定性不理想，分析发现结构坍塌和Lewis酸位点丢失是导致催化剂失活的主要原因。 (2)SBA-15分子筛不仅具有有序的介孔结构，而且孔壁较厚，相比于SNT,具有更好的稳定性。因此，本章节选取SBA-15为催化剂载体，利用APTES改性的方法合成了Sn/SBA-15催化剂。考察了Sn的负载量及APTES浓度对Sn/SBA-15中Sn的状态和其催化性能的影响。其中当Sn负载量为3wt％,APTES浓度0.06mol/L时，催化剂具有较高的酸量，和最高的弱酸/中强酸比例,表现出最优的催化性能。利用上述催化剂对反应条件进行了优化，在100℃下反应5h,果糖的收率可达到62％。相比于Sn/SNT催化剂，Sn/SBA-15显示出优异的稳定性。经过六次反应后，仍能保持56％的果糖收率。通过对使用后催化剂结构进行表征，发现六次反应后的催化剂L酸量和弱酸/中强酸比例变化不明显，且催化剂结构稳定，孔道保持完好。
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