多相催化生物質轉化研究取得系列進展
澱粉、纖維素等多糖是重要的可再生資源，其深度開發將顯著推動傳統化工、能源、材料領域的可持續發展，對積極應對日益嚴峻的環境污染、化石能源枯竭問題具有重要意義。利用生物化工或高效催化技術將生物質資源轉化為單糖，進一步轉化成高附加值的化工平台化合物，有望衍生出大量具備新穎結構與功能的綠色化學品。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所非金屬催化團隊以澱粉來源的果糖為原料，成功開發出具有自主知識產權的高效多相催化製取5-羥甲基糠醛（HMF）工藝，率先在千噸級規模上實現了催化劑、溶劑循環套用，並與浙江糖能科技有限公司合作開發了HMF、呋喃二甲醇、呋喃二醚、OBMF等產品。在前期產業化研究基礎上，團隊圍繞六碳糖高值化路線依次開展了單糖異構、HMF合成/氧化/還原/胺化催化劑研究。
在單糖異構方面，團隊創新地採用綠色合成方法製備了尺寸均勻、體系穩定的氧化鉬量子點，在水相中可將葡萄糖高效轉化為甘露糖，該無機納米酶催化劑的本徵反應速率超過了生物酶催化劑，與浙江工業大學教授王建國團隊合作通過理論計算解析了基元反應路徑；量子點合成與間歇釜反應可實現20-50升/批規模放大，開發了電場束縛連續流反應器實現了量子點催化劑固載，該工藝還可用於木糖制來蘇糖、阿拉伯糖制核糖等反應（ACS Appl. Mater. Interfaces, DOI: 10.1021/acsami.9b13848）。在HMF合成方面，通過離子熱法合成了系列銅摻雜的AlPO-5分子篩催化劑，微量銅的引入可以顯著調變分子篩的酸性並提升果糖脫水製取HMF的催化性能（RSC Adv., 2019, 9, 32848）。在HMF衍生化方面，利用多級孔ZSM-5分子篩在固定床反應器中將呋喃二甲醇高效轉化為呋喃二甲醇二乙醚，該催化劑具有較高的反應活性與穩定性，所得產品可用於生產成品油添加劑、可降解聚合物單體、綠色溶劑等（ChemCatChem, 2019, 11, 2179；Appl. Catal. A, 2020, 590, 25）；通過水熱合成法在泡沫鎳表面負載松針狀Co3O4納米線，該催化劑在電催化氧化HMF製取呋喃二甲酸反應中體現出優異性能，呋喃二甲酸產率可達96.8%、法拉第效率達96.6%，該過程將HMF氧化與電解水制氫過程進行耦合，在充分利用HMF氧化降低陽極過電勢的同時還可高效副產氫氣（Green Chemistry, DOI: 10.1039/C9GC02880C）；與華東理工大學教授周生虎團隊合作，採用共沉澱方法製備了氧化鋁負載的銅鎳合金催化劑，可催化呋喃二甲醇胺化製取芳香族呋喃二甲胺化合物，有望用於醫藥中間體、殺蟲劑、染料等領域（Ind. Eng. Chem. Res.,2019, 58, 6309）。
上述成果近期分別發表在Green Chemistry、ACS Appl. Mater. Interfaces、Appl. Catal. A、ChemCatChem、RSC Adv.、Ind. Eng. Chem. Res.等國際生物質、催化與化工期刊。該工作得到中科院重點部署項目（ZDRW-CN-2016-1）、前沿科學重點研究項目（QYZDB-SSW-JSC037）、盧嘉錫國際創新團隊（rczx0800）、浙江省傑青項目（LR16B030001）、寧波市重大專項（2018B10056）等資助。
圖.生物質轉化催化劑及反應性能
來源：中國科學院寧波材料技術與工程研究所
