固体酸在催化水解和脱水反应中的几例应用

固体酸在催化水解和脱水反应中的几例应用

概括：

近年来，随着现代工业的不断发展，环境污染日益严重，如何在生产环境友好产品的同时实现零污染排放成为亟待解决的问题。催化剂在实现上述目标中起着非常关键的作用。目前，在催化领域被广泛研究的液体酸催化剂，在催化反应中存在产生大量废液、设备腐蚀严重、催化剂分离困难、工艺过程中难以实现连续生产等一系列问题，给人类健康、工作和生活环境带来了严重的负面影响。固体酸相比液体酸催化剂具有诸多优点，如：催化剂与反应物和产物容易分离，催化剂可重复使用再生，可实现连续生产，可省去中和、水洗等操作，大大降低生产成本等。。。展开近年来，随着现代工业的不断发展，环境污染日益严重，如何在生产环境友好产品的同时实现零污染排放成为亟待解决的问题。在实现上述目标的过程中，催化剂起着非常关键的作用。目前，在催化领域被广泛研究的液体酸催化剂，在催化反应中存在大量废液的产生、设备腐蚀严重、催化剂分离困难、工艺上难以实现连续生产等一系列问题，给人类的健康、工作和生活环境带来了严重的负面影响。固体酸相比液体酸催化剂具有诸多优点，如：催化剂与反应物和产物容易分离，催化剂可重复使用再生，可实现连续生产，省去了中和、水洗等操作工序，大大减少了对设备的腐蚀和环境污染，显著提高了产品质量，降低了生产成本。

用固体酸代替液体酸催化剂是实现环境友好型催化反应的最重要途径，因此固体酸催化剂催化反应的开发与研究具有重要的学术研究价值和广阔的应用前景。本文主要研究自制固体酸催化剂强酸阳离子交换树脂在催化水解脱水中的应用。（1）首次研究了固定床反应器中强酸阳离子交换树脂连续催化水解蔗糖的反应条件，考察了反应温度、停留时间和蔗糖溶液浓度3个因素对蔗糖水解转化率的影响。阳离子树脂催化水解蔗糖的最佳反应条件为：温度70℃、溶液浓度50%、停留时间4h。蔗糖溶液在此条件下反应，水解转化率可达99.41%。制得的糖液不需要除杂脱色工序，糖浆清澈透明，色泽金黄。 (2)首次以强酸性阳离子交换树脂为催化剂，探究了固定床反应器中连续化淀粉水解的反应工艺条件。通过单因素试验探究了反应温度、溶液浓度、停留时间对淀粉水解反应的影响。阳离子树脂催化淀粉水解的最佳反应条件为：温度120℃、溶液浓度20%、停留时间11h。淀粉溶液在此条件下反应，水解转化率可达96.36%，此时葡萄糖收率为85.01%。该方法对淀粉水解的转化率与最有效酶水解率相当，且糖液品质良好，为淀粉水解提供了一条新的绿色工艺路线。

(3)首次采用强酸性阳离子交换树脂催化秸秆水解。作为秸秆等纤维素类物质水解的新工艺，通过单因素试验研究了反应温度、时间、料液比、原料与催化剂体积比对水解反应的影响。阳离子树脂催化秸秆水解的最佳反应条件为：温度120℃，反应时间10h，料液比1:2，原料与催化剂体积比1:2。秸秆在此条件下反应，水解转化率为39.65%，此降解率已达到一般酸水解的水平，为秸秆降解利用提供了一条新的绿色环保工艺路线。 (4)为解决现有固体酸催化法搅拌易造成催化剂损失、反应物与产物分离困难且不能连续进行的缺点，本文采用强酸性阳离子树脂在固定床反应器中催化山梨醇连续脱水制备异山梨醇，所得粗异山梨醇采用减压蒸馏、活性炭法进行精制。研究了固体酸催化山梨醇两步脱水反应的工艺条件，考察了影响山梨醇脱水的两个因素：反应温度和停留时间。固定床反应器中阳离子树脂催化山梨醇脱水反应，在山梨醇溶液浓度为50%时，最佳温度为150℃，最佳停留时间为10h。在此条件下反应，山梨醇单程脱水转化率为37.40%。将粗异山梨醇经过蒸馏精制工序，得到精制异山梨醇，纯度为98.50%，精制收率为94.40%。

展开 