Page 139 - 《精细化工》2021年第3期

第 38 卷第 3 期 精 细 化 工 Vol.38, No.3
202 1 年 3 月 FINE CHEMICALS Mar. 2021

催化与分离提纯技术
WO /Nb O 固体酸催化果糖制备 5-羟甲基糠醛
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3
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丁佳晶，赵芷言，夏斐斐，杨凤丽
（江苏理工学院 化学与环境工程学院，江苏 常州 213001）

摘要：采用浸渍法制备五氧化二铌（Nb 2O 5 ）负载三氧化钨（WO 3 ）固体酸催化剂，用 XRD、EDS、TEM、NH 3 -TPD、
Py-IR、BET、BJH 对催化剂的结构、组分、形貌、酸性、比表面积及孔径等进行表征；并将其用于催化果糖转
化为 5-羟甲基糠醛（HMF）的反应，对 WO 3 负载量、反应时间、反应温度、催化剂用量等影响因素进行考察。
结果表明，WO 3 负载量对催化剂结构、酸性以及催化活性均有影响。WO 3 负载量为 5%~25%时，随着 WO 3 负
载量的增加，WO 3 分子从表面分散的非晶态转变为结晶态 WO 3 ，且 Nb 2 O 5 上的 WO 3 产生更多的强酸位点，使
催化剂的 Brønsted 酸含量增加，从而使果糖的转化率得到提高；但结晶 WO 3 却不利于 HMF 的生成。当 WO 3 的
负载量为 5%时，在催化剂加入量为 100 mg，果糖 1.2 g，水/仲丁醇（体积比 2∶3）为溶剂，170 ℃条件下反应
1 h，HMF 选择性较高，为 85.4%，收率可达 49.6%。
关键词：固体酸催化剂；五氧化二铌；三氧化钨；果糖；5-羟甲基糠醛；催化技术
中图分类号：TQ251.11; TQ426 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2021) 03-0559-07

Preparation of 5-hydroxymethylfurfural from
fructose catalyzed by WO 3/Nb 2O 5

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DING Jiajing, ZHAO Zhiyan, XIA Feifei, YANG Fengli
（School of Chemical and Environmental Engineering, Jiangsu University of Technology, Changzhou 213001, Jiangsu, China）

Abstract: A series of niobium pentoxide (Nb 2O 5) supported tungsten trioxide (WO 3) solid acid catalysts
were prepared by impregnation method. Structure, components, morphology, acidity, specific surface area
and porosity of the catalysts were characterized by XRD, EDS, TEM, NH 3-TPD, Py-IR, BET, BJH. And
catalytic properties in conversion of fructose to 5-hydroxymethylfurfural (HMF) were studied. Factors such
as tungsten trioxide loading, reaction time, reaction temperature, and catalyst dosage were investigated. It
was found that WO 3 loading had an important effect on the structure, acidity and catalytic properties of the
catalysts. With the increase of WO 3 loading from 5% to 25%, tungsten oxide molecules changed from
amorphous WO 3 dispersed the surface to crystalline WO 3, and an appropriate amount of WO 3 on Nb 2O 5
generated a large number of strong acidic sites, which increased the content of Brønsted acid sites in the
catalyst and thus improved the conversion rate of fructose. However, crystalline WO 3 was not conducive to
the production of HMF. The selectivity and yield of HMF could reach 85.4% and 49.6% under the condition
of reaction time of 1 h, reaction temperature of 170 ℃, dosage of the catalyst (WO 3 loading of 5%) being
100 mg and fructose being 1.2 g in water/2-butanol (volume ratio of 2∶3).
Key words: solid acid catalyst; niobium pentoxide; tungsten trioxide; fructose; 5-hydroxymethylfurfural;
catalytic technology

随着化石燃料的需求量急剧增加，开发可再生 是一种利用生物质碳水化合物制得的具有高反应活
资源成为各国关注重点。生物质由于其丰富的储量 性和聚合能力的高附加值平台化合物 [3-4] ，可以通过
和可再生性而备受关注，成为生产生物燃料与高附 加氢、氧化脱氢、酯化、卤化、聚合、水解、羟醛
加值平台化合物的理想原料 [1-2] 。5-羟甲基糠醛（HMF） 缩合等一系列化学反应合成燃料、医药、高分子聚

收稿日期：2020-07-22; 定用日期：2020-10-12; DOI: 10.13550/j.jxhg.20200672
作者简介：丁佳晶（1996—），女，硕士生，E-mail：2412455979@qq.com。联系人：杨凤丽（1984—），女，博士，副教授，E-mail：
yangfengli1984@hotmail.com。