Nghiên cứu xúc tác me o w me si ti zr trong chuyển hóa fructose thành 5-hydroxymethylfurfural

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ

1. Fructose và nhāng carbohydrat khác có ngußn gác từ sinh khái

1.1. Sinh khái

2. Táng quan vß 5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF)

2.1. Giới thiệu về 5-Hydroxylmethylfurfural

2.2. Āng dụng cÿa 5-HMF

2.3. Các quá trình hóa hãc t¿o thành 5-HMF trên xúc tác acid

2.4. Tổng hợp 5-HMF từ những nguồn nguyên liệu khác nhau

2.4.1. Tổng hợp 5-HMF từ fructose

2.4.2. Tổng hợp 5-HMF từ glucose

2.4.3. Chuyển hóa cellulose thành 5-HMF

2.5. Các yếu tố Ánh h°áng đến quá trình tổng hợp 5-HMF

2.5.1. Ảnh h°áng cÿa nồng độ các chất tham gia phÁn āng

2.5.2. Ảnh h°áng cÿa nhiệt độ và thßi gian

2.5.3. Ảnh h°áng cÿa dung môi

2.6. Xúc tác acid dá thá cho táng hÿp 5-HMF

2.6.1. Giới thiệu chung

2.6.2. Giới thiệu về vật liệu WO3

2.6.3. Āng dụng cÿa các xúc tác trên c¡ sá WO3 trong tổng hợp nhiên liệu

2.6.4. Xúc tác trên c¡ sá một số chất mang oxide

2.6.5. Tổng quan về vật liệu oxide hỗn hợp MeO2-WO3 (Me: Si, Ti, Zr)

2.7. Các ph°¢ng pháp táng hÿp xúc tác

2.7.1. Ph°¡ng pháp sol-gel

2.7.2. Ph°¡ng pháp kết tÿa-đồng kết tÿa

2.7.3. Ph°¡ng pháp kết tinh thÿy nhiệt

2.7.4. Ph°¡ng pháp ngâm tẩm dung dịch

2.8. K¿t luÁn táng quan nghiên cąu

3. THĂC NGHIàM VÀ CÁC PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĄU

3.1. Các quy trình tổng hợp vật liệu

3.1.1. Quy trình tổng hợp vật liệu Me-O-W (Me: Zr, Ti, Si)

3.1.2. Quy trình tổng hợp vật liệu WO3/MeO2(Me: Zr, Ti, Si)

3.1.3. Quy trình tái sinh xúc tác Me-O-W (Me: Zr, Ti, Si)

3.2. Các ph°¢ng pháp nghiên cąu

3.2.1. Các ph°¢ng pháp đặc tr°ng xúc tác

3.2.1.1. Ph°¡ng pháp phổ nhiễu x¿ tia X (XRD)

3.2.1.2. Ph°¡ng pháp phổ hồng ngo¿i FTIR

3.2.1.3. Ph°¡ng pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

3.2.1.4. Ph°¡ng pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM (Transmission Electronic Microscopy)

3.2.1.5. Ph°¡ng pháp phổ tán sắc năng l°ợng tia X (EDX)

3.2.1.6. Ph°¡ng pháp phân tích nhiệt (TGA)

3.2.1.7. Ph°¡ng pháp đẳng nhiệt hấp phụ- khử hấp phụ N2

3.2.1.8. Ph°¡ng pháp phổ điện tử quang tia X (XPS)

3.2.1.9. Ph°¡ng pháp khử hấp phụ amoniac theo ch°¡ng trình nhiệt độ (TPD- NH3)

3.2.2. Ph°¡ng pháp đánh giá hiệu suất chuyển hóa cÿa xúc tác

3.2.2.1. Quy trình phÁn āng chuyển hóa fructose thành 5-HMF

3.2.2.2. Đánh giá hiệu suất phÁn āng

3.2.2.3. Ph°¡ng pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC)

4. K¾T QUÀ VÀ THÀO LUÀN

4.1. Kết quÁ đặc tr°ng cÿa vật liệu Si-O-W

4.1.1. GiÁn đồ phân tích nhiệt TGA cÿa vật liệu Si-O-W

4.1.2. GiÁn đồ XRD cÿa vật liệu SiO2, WO3 và Si-O-W

4.1.3. Phổ hồng ngo¿i FTIR cÿa vật liệu SiO2, WO3 và Si-O-W

4.1.4. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cÿa mẫu vật liệu SiO2, WO3 và Si-O-W

4.1.5. Phổ SEM-EDS cÿa vật liệu Si-O-W

4.1.6. Đ°ßng đẳng nhiệt hấp phụ-giÁi hấp phụ N2 cÿa vật liệu WO3, SiO2 và Si9W1

4.1.7. GiÁn đồ TPD-NH3 cÿa vật liệu WO3 và Si9W1

4.1.8. Phổ XPS cÿa vật liệu Si-O-W

4.2. Đánh giá ho¿t tính cÿa chất xúc tác Si-O-W

4.2.1. Đánh giá hiệu suất chuyển hóa cÿa hệ chất xúc tác Si-O-W

4.2.2. Đánh giá các yếu tố Ánh h°áng đến hiệu suất chuyển hóa fructose thành 5-HMF trên chất xúc tác Si9W1

4.2.3. Đánh giá độ bền cÿa chất xúc tác Si9W1 trong chuyển hóa fructose thành 5-HMF

4.3. Các kết quÁ đặc tr°ng cÿa vật liệu Ti-O-W

4.3.1. GiÁn đồ phân tích nhiệt TGA cÿa mẫu tiền chất vật liệu W-O-Ti

4.3.2. GiÁn đồ nhiễu x¿ tia X (XRD) cÿa vật liệu Ti-O-W

4.3.3. Phổ hồng ngo¿i FTIR cÿa vật liệu Ti-O-W

4.3.4. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cÿa vật liệu Ti-O-W

4.3.5. Phổ SEM-EDX cÿa vật liệu Ti-O-W

4.3.6. Đẳng nhiệt hấp phụ-giÁi hấp phụ N2 cÿa vật liệu Ti-O-W

4.3.7. GiÁn đồ TPD-NH3 cÿa vật liệu WO3 và Ti-O-W

4.3.8. Phổ XPS cÿa mẫu vật liệu Ti-O-W

4.4. Đánh giá ho¿t tính cÿa chất xúc tác Ti-O-W

4.4.1. Đánh giá hiệu suất chuyển hóa cÿa chất xúc tác Ti-O-W

4.4.2. Đánh giá các yếu tố Ánh h°áng đến hiệu suất chuyển hóa fructose thành 5-HMF trên xúc tác Ti9W1

4.4.3. Đánh giá độ bền cÿa chất xúc tác Ti9W1

4.5. Kết quÁ đặc tr°ng cÿa vật liệu Zr-O-W

4.5.1. GiÁn đồ phân tích nhiệt TGA cÿa vật liệu Zr-O-W

4.5.2. Kết quÁ đặc tr°ng nhiễu x¿ tia X (XRD) cÿa vật liệu ZrO2, WO3 và Zr-O-W

4.5.3. Phổ hồng ngo¿i FT-IR cÿa vật liệu Zr-O-W

4.5.4. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cÿa vật liệu Zr-O-W

4.5.5. Phổ SEM-EDS cÿa vật liệu Zr-O-W

4.5.6. Đẳng nhiệt hấp phụ-giÁi hấp phụ N2 cÿa vật liệu Zr-O-W

4.5.7. GiÁn đồ TPD-NH3 cÿa vật liệu WO3 và Zr-O-W

4.5.8. Kết quÁ phân tích phổ XPS cÿa vật liệu Zr-O-W

4.6. Đánh giá ho¿t tính cÿa hệ chất xúc tác Zr-O-W

4.6.1. Đánh giá hiệu suất chuyển hóa cÿa hệ chất xúc tác Zr-O-W

4.6.2. KhÁo sát các yếu tố Ánh h°áng đến hiệu suất chuyển hóa fructose thành 5-HMF trên chất xúc tác Zr9W1

4.6.3. Đánh giá độ bền cÿa chất xúc tác Zr9W1

4.7. So sánh hiáu năng các vÁt liáu Me-O-W

4.7.1. Giới thiệu chung

4.7.2. Kết quÁ đặc tr°ng cÿa vật liệu Me9W1 (Me = Si, Ti, Zr)

4.7.3. So sánh về hiệu quÁ xúc tác

4.8. Đß xuÃt c¢ ch¿ phÁn ąng khÿ n°ãc căa fructose thành 5-HMF

NHĀNG ĐÓNG GÓP MâI CĂA LUÀN ÁN

DANH MĀC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HâC ĐÃ CÔNG Bà

TÀI LIàU THAM KHÀO

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng xúc tác Me-O-W (Me: Si, Ti, Zr) trong quá trình chuyển hóa fructose thành 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF). Fructose là một loại đường đơn giản có nguồn gốc từ sinh khối, có khả năng chuyển hóa thành các sản phẩm hóa học có giá trị. 5-HMF được coi là một hóa chất nền tiềm năng cho nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất. Việc chuyển hóa fructose thành 5-HMF thông qua quá trình tách nước là một trong những phương pháp hiệu quả nhất. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về quá trình chuyển hóa mà còn đánh giá hiệu suất của các loại xúc tác khác nhau.

1.1. Tầm quan trọng của 5 HMF

5-HMF có nhiều ứng dụng trong sản xuất hóa chất và nhiên liệu sinh học. Nó có thể được chuyển hóa thành các sản phẩm như acid 2,5-furandicacboxylic (FDCA) và 5-ethoxymethylfurfural, có tiềm năng thay thế cho các hóa chất truyền thống. Việc nghiên cứu chuyển hóa fructose thành 5-HMF không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn góp phần vào việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, giảm thiểu tác động đến môi trường.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp tổng hợp xúc tác Me-O-W và đánh giá hiệu suất chuyển hóa fructose thành 5-HMF. Các phương pháp như phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại (FTIR), và hiển vi điện tử quét (SEM) được áp dụng để phân tích cấu trúc và tính chất của xúc tác. Các yếu tố như nhiệt độ, thời gian và nồng độ fructose cũng được khảo sát để xác định ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất chuyển hóa. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng có thể nâng cao đáng kể hiệu suất sản xuất 5-HMF.

2.1. Quy trình tổng hợp xúc tác

Quy trình tổng hợp xúc tác Me-O-W được thực hiện thông qua các phương pháp như sol-gel và ngâm tẩm. Các vật liệu được tổng hợp sẽ được kiểm tra về tính chất vật lý và hóa học để đảm bảo hiệu suất xúc tác cao. Việc sử dụng các xúc tác acid rắn như WO3 kết hợp với các oxit kim loại khác đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu suất chuyển hóa fructose thành 5-HMF.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các xúc tác Me-O-W có khả năng chuyển hóa fructose thành 5-HMF với hiệu suất cao. Các yếu tố như nhiệt độ và thời gian phản ứng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất chuyển hóa. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng xúc tác Zr-O-W cho hiệu suất tốt nhất trong các điều kiện thí nghiệm. Điều này cho thấy rằng việc lựa chọn loại xúc tác phù hợp là rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa. Các kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu lý thuyết mà còn có thể áp dụng trong thực tiễn sản xuất hóa chất và nhiên liệu sinh học.

3.1. Đánh giá hiệu suất xúc tác

Hiệu suất chuyển hóa fructose thành 5-HMF được đánh giá thông qua các phương pháp phân tích hiện đại. Kết quả cho thấy rằng xúc tác Zr-O-W có khả năng duy trì hiệu suất cao trong nhiều chu kỳ phản ứng, cho thấy tính bền vững của xúc tác này. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các xúc tác bền vững, thân thiện với môi trường trong ngành công nghiệp hóa chất.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu xúc tác me o w me si ti zr và ứng dụng trong chuyển hóa fructose