生物質(zhì)是唯一可替代化石原料獲取液體燃料和有機(jī)化學(xué)品的可再生資源，實現(xiàn)其高效轉(zhuǎn)化及規(guī)模應(yīng)用將有助于緩解當(dāng)前能源危機(jī)、改善氣候環(huán)境等問題，對經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)低碳發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。利用生物質(zhì)化學(xué)催化可獲取多元醇、呋喃類化合物、有機(jī)酸及其酯類衍生物等基礎(chǔ)平臺化學(xué)品，它們是連接生物質(zhì)原料和下游高附加值產(chǎn)品的橋梁，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用價值。近日，生物質(zhì)化工彭林才教授團(tuán)隊在5-羥甲基糠醛、糠醛、乙酰丙酸酯、γ-戊內(nèi)酯等平臺化合物制備方面取得系列重要研究進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在化工領(lǐng)域國際TOP學(xué)術(shù)期刊Chemical Engineering Journal（2）、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Fuel上，論文第一單位均為昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院。
研究進(jìn)展一：目前糠醛工業(yè)生產(chǎn)僅可利用生物質(zhì)原料中的五碳糖，剩余的大量纖維素及其衍生的六碳糖未被有效利用。團(tuán)隊開發(fā)了一種利用工業(yè)級Hβ沸石在1,4-二氧六環(huán)/水混合溶劑體系中同時轉(zhuǎn)化五碳糖和六碳糖為糠醛的新策略，產(chǎn)物收率可達(dá)63%。研究揭示了1,4-二氧六環(huán)和水在六碳糖轉(zhuǎn)化為糠醛中的重要作用，它們協(xié)同催化劑促使葡萄糖C-C鍵發(fā)生定向斷裂，實現(xiàn)產(chǎn)物選擇性合成。該成果可為生物質(zhì)組分有效利用制備糠醛提供理論支撐與方法借鑒。
相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.148092
研究進(jìn)展二：針對木質(zhì)纖維生物質(zhì)原料組分多樣和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，催化制備乙酰丙酸酯產(chǎn)物收率低等問題，團(tuán)隊開發(fā)了一種通過預(yù)處理生物質(zhì)原料結(jié)合綠色共溶劑介導(dǎo)催化反應(yīng)的串聯(lián)體系，可使巨菌草桿中纖維素高效催化轉(zhuǎn)化成乙酰丙酸酯，產(chǎn)物收率高達(dá)72%。通過反應(yīng)過程及動力學(xué)研究揭示了水洗預(yù)處理和γ-戊內(nèi)酯共溶劑在促進(jìn)生物質(zhì)原料中纖維素催化轉(zhuǎn)化的作用機(jī)理。該成果為從生物質(zhì)原料制備酯類化合物提供了一種綠色、簡單且高效的方法。
相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148559
研究進(jìn)展三：針對催化生物質(zhì)原料制備5-羥甲基糠醛底物濃度低的問題，團(tuán)隊開發(fā)了一種具有SnP2O7和SnO2混合結(jié)構(gòu)的錫基催化劑，該催化劑在催化轉(zhuǎn)化高濃碳水化合物以及生物質(zhì)原料（36~72wt%）制備5-羥甲基糠醛方面展現(xiàn)出優(yōu)異的催化反應(yīng)活性，產(chǎn)物收率可達(dá)45~79%。研究發(fā)現(xiàn)該催化劑具備恰當(dāng)?shù)乃嵝詮?qiáng)度、酸性位點(diǎn)種類和超親水性，它們的協(xié)同作用有助于高底物濃度生物質(zhì)原料的催化轉(zhuǎn)化，可為5-羥甲基糠醛的高效制備提供理論與技術(shù)參考。
相關(guān)論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.3c05783
研究進(jìn)展四：γ-戊內(nèi)酯是一種先進(jìn)的新能源化學(xué)品，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用價值，可作為燃料添加劑、潤滑劑、增塑劑、有機(jī)溶劑、以及生產(chǎn)烯烴和聚合物的前驅(qū)體。團(tuán)隊以糠醛為反應(yīng)原料，采用纖維素碳作為Zr/β分子篩的改性劑，制備成多功能高性能催化劑，利用“一鍋法”策略在無外源氫氣條件下實現(xiàn)了糠醛直接到γ-戊內(nèi)酯的綠色高效轉(zhuǎn)化，產(chǎn)物收率從49%提升到81%。研究表明：使用纖維素作為碳改性劑有利保持β分子篩的結(jié)構(gòu)完整性、增大催化劑介孔體積和孔徑，從而提高活性位點(diǎn)可及性和利于反應(yīng)物/產(chǎn)物擴(kuò)散。研究成果可為糠醛提質(zhì)制備γ-戊內(nèi)酯提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。
相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.130380
上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金面上/青年/地區(qū)項目（22078139, 22208137，21965018）、云南省杰出青年科學(xué)基金（202301AV070005）、以及云南省“興滇英才支持計劃”青年人才專項等的資助。
