磺酸官能化的磁性核壳结构的纳米材料用于果糖脱水制备5-羟甲基糠醛

doi:10.1016/S1872-2067(12)60739-6

催化学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (5): 703-708.DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60739-6

磺酸官能化的磁性核壳结构的纳米材料用于果糖脱水制备5-羟甲基糠醛

张晓辰^a, 王敏^a, 王业红^a, 张超峰^a,b, 张哲^a,b, 王峰^a, 徐杰^a

a 中国科学院大连化学物理研究所, 辽宁大连116023;
b 中国科学院大学, 北京100049

收稿日期:2013-09-21 修回日期:2013-10-23 出版日期:2014-04-18 发布日期:2014-04-24
通讯作者: 王峰，徐杰
基金资助:
国家自然科学基金（21073184，21273231，21233008）；中国科学院“百人计划”.

Nanocoating of magnetic cores with sulfonic acid functionalized shells for the catalytic dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural

Xiaochen Zhang^a, Min Wang^a, Yehong Wang^a, Chaofeng Zhang^a,b, Zhe Zhang^a,b, Feng Wang^a, Jie Xu^a

a State Key Laboratory of Catalysis, Dalian National Laboratory for Clean Energy, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning, China;
b Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2013-09-21 Revised:2013-10-23 Online:2014-04-18 Published:2014-04-24
Supported by:
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (21073184, 21273231, and 21233008) and Hundred Talents Program of the Chinese Academy of Sciences.

摘要/Abstract

摘要：

通过反相微乳液法制备了以Fe₃O₄为核，磺酸官能化的硅基材料为壳层的磁性酸性催化剂. 首先制备纳米Fe₃O₄磁核，然后涂层包覆苯基修饰的纳米级硅层，最后进行苯基磺化修饰，制得固体酸催化剂Fe₃O₄@Si/Ph-SO₃H. 在果糖脱水制备5-羟甲基糠醛反应中，该催化剂表现出较好的催化活性，优于传统催化剂A-15，且与均相无机酸催化活性相当. 当采用二甲基亚砜作溶剂，在110 ℃下反应3 h，果糖转化率达到99%，5-羟甲基糠醛收率为82%. 另外，该催化剂经磁法回收后可多次重复使用.

关键词: 磁性粒子, 纳米催化剂, 果糖脱水, 5-羟甲基糠醛, 磺酸

Abstract:

A magnetically recyclable acid catalyst composed of an Fe₃O₄ core and sulfonic acid functionalized silica shell has been prepared using the reverse microemulsion method. The Fe₃O₄ core was coated with a phenyl modified silica shell nanolayer, and the phenyl groups were subsequently sulfonated to generate a solid sulfonic acid catalyst. The resulting acid catalyst showed higher activity than the conventional A-15 catalyst and comparable activity to several homogeneous sulfonic acid catalysts for the dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural (HMF). This process gave a fructose conversion of 99% with an HMF yield of 82% following 3 h in dimethylsulfoxide at 110 ℃. Furthermore, the catalyst could be magnetically separated and recycled several times without losing its activity.

Key words: Magnetic particle, Nanocatalyst, Fructose dehydration, 5-Hydroxymethylfurfural, Sulfonic acid

张晓辰, 王敏, 王业红, 张超峰, 张哲, 王峰, 徐杰. 磺酸官能化的磁性核壳结构的纳米材料用于果糖脱水制备5-羟甲基糠醛[J]. 催化学报, 2014, 35(5): 703-708.

Xiaochen Zhang, Min Wang, Yehong Wang, Chaofeng Zhang, Zhe Zhang, Feng Wang, Jie Xu. Nanocoating of magnetic cores with sulfonic acid functionalized shells for the catalytic dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2014, 35(5): 703-708.

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磺酸官能化的磁性核壳结构的纳米材料用于果糖脱水制备5-羟甲基糠醛

Nanocoating of magnetic cores with sulfonic acid functionalized shells for the catalytic dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural

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