乳酸基化学品催化合成技术

《乳酸基化学品催化合成技术》主要研究了乳酸脱水合成丙烯酸、乳酸脱羰合成乙醛、乳酸脱氧合成丙酸及乳酸缩合合成2,3戊二酮。通过这些工作的开展，获得了催化剂的结构与催化转化活性之间的构效关系认识，发现了乳酸催化转化的规律性。

《乳酸基化学品催化合成技术》对这些构效关系及规律进行了系统总结，对乳酸催化转化研究工作中的高效催化剂构筑及工艺条件优化方面具有一定的启迪和参考作用。

 

 

《乳酸基化学品催化合成技术》聚焦于乳酸的催化转化制备化学品方面的研究，其中以生物基乳酸为原料，采用气固催化技术，实现化学品的合成；重点探讨了乳酸脱水反应、乳酸脱羰反应、乳酸脱氧反应以及乳酸缩合反应中催化剂的制备、性能及应用；并通过对催化剂的多种表征以及催化活性数据分析，揭示了催化剂的构效关系。

《乳酸基化学品催化合成技术》介绍的很多内容是重庆理工大学绿色催化课题组的研究成果，反映了该领域的前沿和研究关注的问题。本书内容丰富，素材翔实，可供化工、生物、催化、材料及相关领域从事教学、科研、生产的技术人员参考。

 

唐聪明，重庆理工大学 化学化工学院，教授，应用化学专业博士，教授，硕士生导师。主要从事生物质的高质利用及绿色化工，特别是生物质乳酸催化转化合成高值化学品研究。发表学术论文25篇，其中SCI收录21篇。申请发明专利6项，其中授权2项。主持与参研项目5项，其中国家
级项目1项，省部级项目1项，地厅级项目3项。

学术兼职：Green Chemistry, Catalysis Communications,
Industrial & Engineering Chemistry Research, Applied Catalysis A: General,
Applied Catalysis B: Environmental等国际重要学术期刊的审稿人；浙江省自然科学基金项目通讯评阅人。

 

第1章 乳酸转化基础/001

1.1绿色化学与生物质资源002

1.1.1绿色化学002

1.1.2生物质转化003

1.2乳酸生产及其转化004

1.2.1乳酸生产概述005

1.2.2乳酸为平台分子的主要转化路线005

1.3乳酸催化转化研究进展006

1.3.1乳酸脱水反应制丙烯酸的研究进展006

1.3.2乳酸脱羰反应制乙醛的研究进展012

1.3.3乳酸缩合反应制2,3-戊二酮的研究进展014

1.3.4乳酸脱氧反应制丙酸的研究进展015

参考文献016

第2章 乳酸催化脱水反应合成丙烯酸/019

2.1硫酸钡催化乳酸脱水合成丙烯酸021

2.1.1硫酸钡系列催化剂的制备021

2.1.2金属硫酸盐催化性能考察与筛选021

2.1.3硫酸钡及其他金属硫酸盐的表征023

2.1.4硫酸钡催化乳酸脱水反应影响因素分析026

2.1.5催化剂稳定性测试030

2.2焦磷酸钡催化乳酸脱水制备丙烯酸030

2.2.1焦磷酸钡与磷酸钡的制备031

2.2.2焦磷酸钡系列催化性能考察与分析031

2.2.3焦磷酸钡系列催化剂的表征033

2.2.4焦磷酸钡催化乳酸脱水制丙烯酸的工艺条件优化036

2.2.5催化剂稳定性测试038

2.3磷酸修饰的焦磷酸锶催化乳酸脱水制备丙烯酸039

2.3.1几种锶盐的制备040

2.3.2锶系催化剂的催化性能考察与分析040

2.3.3锶系催化剂的表征043

2.3.4磷酸修饰焦磷酸锶催化乳酸制丙烯酸工艺条件优化046

2.3.5催化剂稳定性测试049

2.4乳酸脱水的反应机理050

本章小结051

参考文献052

第3章 乳酸脱羰反应合成乙醛/054

3.1硫酸铝催化乳酸脱羰反应制备乙醛055

3.1.1金属硫酸盐和杂多酸的制备055

3.1.2金属硫酸盐和杂多酸催化性能考察与分析056

3.1.3催化剂表征058

3.1.4硫酸铝催化乳酸制备乙醛的工艺条件优化061

3.2介孔磷酸铝的制备及催化乳酸制备乙醛065

3.2.1介孔磷酸铝的制备065

3.2.2不同方法制备磷酸铝及其催化性能065

3.2.3几种磷酸铝的表征066

3.2.4介孔磷酸铝催化乳酸制乙醛工艺条件的优化069

3.3镁铝尖晶石催化乳酸脱羰反应制备乙醛073

3.3.1镁铝尖晶石的制备073

3.3.2催化剂制备条件对催化性能的影响与分析074

3.3.3催化剂表征076

3.3.4催化剂稳定性与再生性测试085

3.4镁铝复合氧化物Mg0.388Al2.408O4催化乳酸制乙醛087

3.4.1镁铝复合氧化物催化剂制备087

3.4.2不同条件制备催化剂催化性能考察与分析088

3.4.3催化剂表征092

3.4.4Mg0.388Al2.408O4催化乳酸制乙醛工艺条件优化098

3.4.5镁铝复合氧化物Mg0.388Al2.408O4的催化性能与表面酸碱性关联102

3.5磷酸铈的制备、表征及催化乳酸脱羰反应104

3.5.1CePO4磷酸铈的制备104

3.5.2CePO4催化剂的表征105

3.5.3CePO4催化乳酸脱羰反应活性的影响因素107

3.6乳酸脱羰反应制乙醛反应机理113

本章小结114

参考文献115

第4章 乳酸缩合反应合成2,3-戊二酮/118

4.1二氧化硅负载碱金属硝酸盐催化乳酸缩合反应制备2,3-戊二酮119

4.1.1MNO3/SiO2(M=Li,Na,K,Cs)催化剂制备119

4.1.2催化剂表征与分析120

4.1.3二氧化硅负载碱金属硝酸盐催化性能测试与分析126

4.2铯掺杂的碱土金属焦磷酸盐催化乳酸缩合反应制备2,3-戊二酮131

4.2.1CsNO3/Ba2P2O7催化剂制备132

4.2.2催化剂表征132

4.2.3催化剂活性影响因素137

4.2.4催化剂稳定性141

4.3铯掺杂的羟基磷灰石催化乳酸缩合反应制备2,3-戊二酮142

4.3.1催化剂制备143

4.3.2催化剂表征143

4.3.3催化性能的考察与分析149

4.4乳酸缩合制备2,3-戊二酮反应机理156

本章小结158

参考文献159

第5章 乳酸脱氧反应合成丙酸/161

5.1铁及其氧化物催化乳酸制备丙酸162

5.1.1铁系氧化物催化剂制备162

5.1.2铁系氧化物催化剂催化性能考察与分析162

5.1.3催化剂表征164

5.1.4铁系氧化物催化乳酸脱氧制丙酸工艺条件优化168

5.1.5反应机理研究170

5.2高比表面积的氧化铁对催化乳酸脱氧反应合成丙酸的增强作用172

5.2.1催化剂的制备方法172

5.2.2不同条件制备的Fe2O3前驱体对反应活性的影响173

5.2.3催化剂表征175

5.2.4反应温度的影响181

5.2.5催化剂稳定性测试183

本章小结184

参考文献185

 

随着化石能源大量消耗而日渐枯竭，寻找化石原料的替代物开发化学品的合成日益迫切。生物基原料及其衍生物由于具有可再生性，成为各国科学家关注的焦点。生物基乳酸价廉、易得、可再生，被列为生物基平台分子，成为催化转化合成化学品的重点研究对象。顺应时代呼唤，重庆理工大学绿色催化课题组开展了乳酸催化转化方面的研究工作，主要研究了乳酸催化脱水反应合成丙烯酸、乳酸脱羰反应合成乙醛、乳酸脱氧反应合成丙酸及乳酸缩合反应合成2,3-戊二酮。通过这些工作的开展，获得了催化剂的结构与催化转化活性之间的构效关系，发现了乳酸催化转化的规律性。譬如，乳酸脱水、乳酸脱羰、乳酸缩合反应与催化剂表面的酸碱性有关，通过调节表面的酸碱性，可以有效调控目标产物；乳酸脱氧反应与催化剂的氧化还原性有关，通过调节催化剂表面的氧化还原性质，可实现高效脱氧反应。本书对这些构效关系及规律进行了系统总结，希望对乳酸催化转化研究中高效催化剂构筑及工艺条件优化具有一定的启迪和参考作用。

本书反映了笔者课题组多年的研究成果。书中第2章乳酸催化脱水反应合成丙烯酸参与编写的有范国策、彭建生、蒲文杰、蒲肖丽等；第3章乳酸脱羰反应合成乙醛参与编写的有彭建生、翟占杰、张瑜、庞均等；第4章乳酸缩合反应合成2,3-戊二酮参与编写的有孙良伟、张瑜、张菊等；第5章乳酸脱氧反应合成丙酸参与编写的有翟占杰、张瑜、庞均等。本书凝聚了课题组的集体智慧和辛勤劳动，特别是得到了全学军教授的精心指导。在此，对本书出版做出贡献的所有同志表示最诚挚的感谢！

希望本书的出版能够在乳酸催化研究领域起到学术交流和抛砖引玉的作用。由于笔者水平有限，尤其是对一些探索性的问题研究还不够深入、系统，因此书中难免存在一些不足之处，恳请读者批评指正、不吝赐教，以便今后更正。

著者

2019年1月