甘油催化氢解制备精细化学品的研究进展

摘要

尽管甘油氢解反应已经开展了大量的研究，但对其反应机理还没有形成统一的认识，探明反应机理具有非常重要的意义。为此，本文对甘油催化氢解反应机理，包括脱水功口氢、脱氢-脱水-加氢、直接氢解和离子加氢机理等进行了全面综述。其主要涉及C-C键和C-O键选择性断裂（氢解）问题，也是其他生物质衍生物多元醇和呋喃类化合物（如糠醇、四氢糠醇和5-羟甲基糠醛）面临的共性问题。因此，深入认识甘油氢解机理对于设计高效催化剂具有重要的指导意义，也将为甘油选择性转化为l，2—丙二醇、l，3—丙二醇、乙二醇和丙醇等精细化学品开辟更为经济、更为环保的工艺过程。结合量子化学理论计算，通过设计合理的模型催化剂，采用原位表征技术进一步探究甘油氢解机理是以后研究的重点。本文还对甘油氢解反应所使用的催化剂进行了全面归纳和总结，这对其能否实现工业化至关重要。现在Cu基催化剂上1，2-丙二醇的收率虽然很高(95%)，但催化稳定性较差，因此未来研究将要集中在揭示催化剂的失活行为上。通过添加助剂和改善催化剂制备方式可以优化催化剂的结构和电子效应，提高Cu基催化剂的水热稳定性和抗烧结性能。尽管目前已有甘油氢解制备1，2—丙二醇的小规模工业示范，但能否开发出廉价高效的催化剂将是制约其发展的关键因素。扩大和发展生物柴油产业将会提供更多廉价的粗甘油原料，进一步节约成本和提升甘油转化路线经济价值。值得一提的是，粗甘油含有较多的水分和灰分等杂质，在使用前需要采用减压蒸馏法或者离子交换法进行精制提纯。因此，开发耐杂质的催化剂直接氢解粗甘油和舍弃高耗能的粗甘油精制步骤能够显著缩短工艺流程，将有力推动该过程的工业化进程。总之，生物质化工目前还处于起步阶段，甘油氢解制备1,2一丙二醇的工业化具有重要的示范意义，将为其他生物质化工技术开发提供理论参考和实践指导。