介孔磷酸鋯固體酸催化劑的催化性能

近年來，金屬磷酸鹽催化劑在生物質轉化領域

中表現出較好的催化性能和應用前景，這源于此類

催化劑具有較高的酸性位，本文研制的介孔磷酸鋯

催化劑繼承了上述特點，并且在纖維素制備葡萄糖

反應中得到較好的應用。

（1）通過各種表征手段分析證明該催化劑具

有介孔結構和大比表面積，同時該催化劑總酸度約

為2.47mmol/g 且酸性位以B 酸為主，較多的B 酸

酸性位對纖維素水解催化反應具有有利的影響，因此纖維素的轉化率和葡萄糖的選擇性相對較高。

（2）將該催化劑應用于纖維素制備葡萄糖反

應中，纖維素的轉化率和葡萄糖的選擇性均達到

50%以上，優于傳統固體酸催化劑。

（3）連續5 次反應后催化劑沒有失活，證明

該催化劑的穩定性非常優異，說明該催化劑可以連

續使用，纖維素總轉化率達到80%，而催化劑在重

復過程中沒有明顯的失活，有利于催化劑的工業化

應用。

由于所制備的催化劑為純單一ZrPO穩定結構，

未來可在此基礎上擔載活性組分，強化纖維素水解

和葡萄糖的繼續轉化，為一步法從纖維素出發制備

高附加值化學品提供了有效途徑。

參考

將一定量經過處理后的微晶纖維素和催化劑置于60mL 反應釜中，隨后將一定量的水和一滴硫酸也置于反應釜中，用N2 吹掃去除空氣后，在一定

溫度下以500r/min 轉速攪拌，反應完成后將反應釜至于冰水混合物中快速降溫，打開反應釜將混合物置于高速離心分離機中進行離心分離15min，然后分別稱量殘余固體物質和溶液的質量，再用取樣器將溶液取樣，通過HPLC 進行分析，計算纖維素轉化率、目標產物葡萄糖的選擇性和產率如式(1)、式(2)。


催化劑性能

催化劑用量的確定

將0.3g 微晶纖維素與不同質量的催化劑置入球磨罐中，以400r/min 速度球磨8h，然后將混合物置于高壓反應釜中投加15mL 純水和一滴硫酸，控制反應溫度在160℃，考察催化劑用量對纖維素水解效果的影響，實驗結果如圖6 所示。催化劑用量對纖維素轉化率和葡萄糖選擇性有較大的影響，隨著催化劑用量的不斷增加，轉化率和選擇性均不斷升高，當催化劑用量超過0.1g 時，隨著催化劑用量的繼續增大，纖維素的轉化率略微升高，而葡萄糖選擇性出現略微增高又下降的趨勢，原因可能是隨著催化劑的投加導致系統中總酸性位逐漸提高，生成的葡萄糖發生了聚合、脫水等副反應，導致其選擇性略有下降。實驗還考察了催化劑用量與產率的關系，隨著催化劑用量的不斷增加，當催化劑含量超過0.10g 時增加非常緩慢，綜合考慮催化劑用量選用0.1g 較為適合。

反應溫度確定

反應時間的確定

將0.3g 微晶纖維素和0.1g ZrPO 催化劑置入球

磨罐中滴入硫酸，以400r/min 速度球磨8h，然后置

于高壓反應釜中加15mL 純水和一滴硫酸在160℃

進行高壓反應，考察反應時間對纖維素水解效果的

影響，實驗結果如圖8 所示。從圖中可以看出反應

時間對纖維素的水解影響不大，隨著反應時間的增

長，纖維素轉化率緩慢上升，葡萄糖選擇性緩慢下

降，產率基本持平，綜合考慮各方條件，選用反應

時間為4h。