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摘 要

随着生物柴油产业的不断扩大，其副产物甘油已出现过剩的趋势。通过对甘油仲羟基进行脱氢氧化可以制得一种重要的化工原料即1,3-二羟基丙酮（DHA）。但是，通常情况下甘油的伯羟基对反应的选择性会造成严重干扰。因此，为了提高产率，可以先将甘油的伯位羟基保护起来形成六元环状甘油缩醛2-甲基-1,3-二噁烷-5-醇，然后对其进行脱氢氧化，从而得到DHA前体再进一步水解得到DHA。

作为这一反应的中间体，2-甲基-1,3-二噁烷-5-醇如今已有比较成熟的工艺流程体系实现量产。因此，如何催化氧化甘油乙缩醛合成DHA前体（2-甲基-1,3-二噁烷-5-酮），成为制备流程中的关键步骤。

本次课题选择了Pt/C作为催化体系，在液相条件下系统地研究了载体、Pt含量、反应时间和温度对体系的影响，并采用BET和XRD等对催化剂进行了表征。实验结果表明：当温度为60 ºC，反应时间6 h，5%Pt/C(椰)催化剂具有最佳活性，甘油乙缩醛转化率4.22%，DHA前体选择性4.85%。

关键词：催化氧化 甘油乙缩醛 Pt/C DHA前体

Preparation of dihydroxyacetone precursors by liquid phase oxidation of glycerol acetal

Abstract

With the fast growth of biodiesel industry, its byproduct glycerol has become an abundant chemical resource. Glycerol can be converted to an important product 1,3-dihydroxyacetone (DHA) by dehydrogenative oxidation. However, the primary hydroxyl groups in glycerol participate in the oxidation reaction too and may lower the selectivity significantly. Thus, in order to improve the selectivity of DHA, an indirect synthesis process is proposed. In this route, the primary hydroxyl groups of glycerol are blocked via acetalization to form glycerol acetal 2-methyl-1,3-dioxan-5-ol, then the secondary hydroxyl group of glycerol is oxidized to give 2-methyl-1,3-dioxan-5-one (precursor of DHA), after that, the precursor of DHA is hydrolyzed to produce DHA.

As an intermediate of this synthesis, glycerol acetal 2-methyl-1,3-dioxan-5-ol can be produced in large scale. Thus, how to oxidize this compound into the precursor of DHA (2-methyl-1,3-dioxan-5-one) has become a key step in DHA production.

In this study, Pt/C catalyst was selected for this conversion. A systemic investigation of the effect of support, Pd loading amount, reaction time and temperature on this conversion has been carried out in liquid phase reaction. BET and XRD techniques were used to characterize the catalysts. Results show that 5%Pd/C(coconut) exhibited the best catalytic activity at 60℃ after 2h of reaction, in this experiment, conversion of glycerol acetal was was 4.22%, selectivity to 2-methyl-1,3-dioxan-5-one was 4.85%.

Key words: catalytic oxidation; glycerol acetal; Pt/C; precursor of DHA

目 录

摘 要

Abstract II

第一章 前言

1.1 研究现状 1

1.1.1 1,3-二羟基丙酮的简介及应用前景

1.1.2 1,3-二羟基丙酮的合成方法

1.2 研究目的

1.3 研究意义

第二章 实验部分

2.1 实验试剂与仪器

2.2 实验装置

2.3 催化剂的制备

2.3.1 活性炭预处理方案

2.3.2 催化剂制备方案

2.4 实验方案

2.5 分析方法

2.6 催化剂的表征

2.6.1 X射线粉末衍射法（XRD）

2.6.2 比表面积的测定

第三章 实验结果与讨论

3.1 反应时间对催化剂活性的影响

3.2 反应温度对催化剂活性的影响

3.3 负载量对催化剂活性的影响

3.4 载体对催化剂活性的影响

3.4.1 催化剂的表征

3.4.2 不同载体的催化剂活性比较

第四章 总结与展望

4.1 实验总结

4.2 前景展望

参考文献

致谢

第一章 前言

1.1 研究现状

1.1.1 1,3-二羟基丙酮的简介及应用前景

随着石油资源的日益短缺，各个国家纷纷加大了对生物柴油项目的投入^[1]。在生物柴油的生产过程中，会产生副产物甘油。甘油和生物柴油的产率之比大约一比九^[2]。为了更好的利用廉价的副产物甘油，实现更大的经济效益并推动能源的发展，可将其用来合成其他具有高附加值的产品，如1，3-二羟基丙酮（DHA）。

图1-1 1,3-二羟基丙酮的分子式

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