磷鎢酸-金屬有機骨架催化材料

生物質能被視為具有廣闊發展前景的石油替代能源，使其轉化為重要能源物質和基礎平臺化合物的關鍵在於實現纖維素——生物質重要組成部分定向水解轉化為葡萄糖。

纖維素水解首先轉化成葡萄糖，葡萄糖再進一步發生異構化、脫水、再水合、加氫、氫解等反 應生成果糖、5-羥甲基糠醛、乙醯丙酸、以及包括山梨醇、甘露醇、乙二醇在內的多元醇等重要能源物質和基礎平臺化合物。

纖維素難以自發發生水解反應，需加入酸催化劑才能進行，目前常用的催化劑分為液相催化劑和固相催化劑。液相催化劑為稀硫酸、稀鹽酸等無機酸，固相催化劑為負載型的磷鎢酸，它可通過嫁接活性官能團使其具有選擇吸附纖維素的能力，避免其中的酸催化中心與葡萄糖接觸，減少葡萄糖進一步發生副反應進而提高葡萄糖選擇性。

有研究人員發現一種可用於催化纖維素水解的磷鎢酸-金屬有機骨架催化材料，其特徵為：磷鎢酸被固載於兼有鹼性基團與強電負性基團的金屬有機骨架材料孔結構內，金屬有機骨架利用孔道尺寸的限制及其活性官能團鹼性基團與磷鎢酸間靜電作用雙重束縛作用固定磷鎢酸。這種材料的製備方法包括如下步驟：

將溶劑、有機配體、金屬源以及磷鎢酸混合攪拌均勻，從室溫加熱到110℃~220℃，在110℃~ 220℃下保持8~36h，冷卻後離心分離，沉降固體在室溫下用N,N-二甲基甲醯胺洗滌，然後抽濾，重複洗滌至抽濾濾液澄清透明，洗滌後抽濾獲得的固體在60℃~80℃下真空乾燥10~ 16h，即得到磷鎢酸-金屬有機骨架多功能材料。

將磷鎢酸-金屬有機骨架用於催化纖維素水解：在25mL 的COD消解管中依次加入0.02g 澱粉、0.1g 磷鎢酸-金屬有機骨架多功能材料和10mL蒸餾水，放入磁力轉子，在120℃反應5h，反應過程中不斷攪拌，反應結束後離心分離，分離獲得的上澄清液為澱粉水解液，沉降固體為催化劑與未反應澱粉的混合物。反應後催化劑用蒸餾水反復洗滌3次，取離心分離後離心管內沉降固體，在60℃下真空乾燥10h，獲得的固體粉末即為回收的催化劑。利用回收的催化劑重複上述澱粉水解反應，連續使用5次，葡萄糖產率保持在18.93% ~ 19.98%。

與普通催化劑相比，磷鎢酸-金屬有機骨架催化材料中酸催化活性組分磷鎢酸直接參與金屬有機骨架合成反應，鹼性基團與磷鎢酸間靜電作用能確保磷鎢酸的固載效率，簡化固載磷鎢酸的操作步驟，還能使磷鎢酸在載體上均勻分佈，磷鎢酸在水解反應中的損失減少，催化劑可迴圈使用多次，催化活性未有明顯下降。

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