侯相林、邓天昇：甘油制丙烯醛领域研究取得进展

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随着生物柴油产量的增加，甘油作为其生产过程中主要的副产物，出现了市场饱和。合理开发利用甘油，将其转化为高附加值精细化学品，不仅可以解决甘油的市场饱和问题，还可以提升生物柴油行业的经济效益。丙烯醛作为甘油的脱水产物，是一种重要的平台化合物，广泛用于医药、化妆品、食品等行业，例如丙烯醛合成的蛋氨酸用于饲料添加剂，市场缺口极大，而且丙烯醛还是甘油生产1，3-丙二醇的一个重要中间体。因此利用甘油高效生产丙烯醛具有重要的经济价值。

图1. Pickering乳液体系甘油脱水制丙烯醛反应路径及不同粘度的油相形成的Pickering乳液中丙烯醛的收率。a-d分别为正癸烷,十六烷,油酸乙酯和牡丹油

图2. 丙烯醛在均相和Pickering乳液体系中的传质行为。(A) 无甘油, (B) 5wt.%甘油, (C) 甘油与丙烯醛反应的原位红外光谱

　　山西煤化所山西省生物炼制工程技术研究中心侯相林、邓天昇团队针对丙烯醛化学性质活泼，极易发生二次反应的特点，利用Pickering乳液强化丙烯醛传质，加速丙烯醛从反应体系的分离，降低副反应，并取得了系列进展。将油包水型Pickering乳液体系作为甘油脱水制丙烯醛的反应体系，其巨大的比界面面积加速了丙烯醛进入油相，油相中的丙烯醛在反应过程中蒸馏分离；同时，单个液滴可以作为一个微型反应器，缩短了丙烯醛从反应液分离的距离。原位红外检测证明Pickering乳液体系通过传质强化有效地提高了丙烯醛的分离效率，抑制了产物的二次反应。以十氢萘为油相制备的Pickering乳液，液滴尺寸30μm左右，与均相体系相比，Pickering乳液体系中丙烯醛的收率可以提高一倍（J. Clean. Prod. 2019, 236, 117611）。Pickering乳液的界面面积与乳液尺寸成反相关，因此缩小液滴粒径可显著增加油水接触面积，进一步促进丙烯醛的传质。相比于十氢萘作为油相，使用可再生的牡丹油、亚麻油、大豆油和橄榄油作为油相有助于形成更小的液滴尺寸，丙烯醛收率高达84.6%，（New J. Chem. 2020，DOI: 10.1039/d0nj05125j）。研究过程中也发现油相对丙烯醛具有较高溶解性能可以强化传质，进一步提升丙烯醛的分离效率。团队在Pickering乳液强化传质促进甘油液相脱水制丙烯醛的方面授权两项国家发明专利（ZL201711273092.0，ZL201910359992.X）。
　　该工作得到了国家重点研发计划、山西省平台基地和人才专项基金的资助与支持。


       文章来源：山西煤化所
       侯相林，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员。清华大学学士，中国科学院山西煤炭化学研究所博士，澳大利亚墨尔本大学访问学者。现任山西煤化所研究员，科技开发处处长，《日用化学工业》及《日用化学品科学》编委，山西省评标专家库专家，中国化工学会化学工程委员会超临界流体技术学组委员等。
       邓天昇， 男， 副研究员，于哈尔滨工业大学获得工学学士学位，于浙江大学从事化工热力学和动力学方面的研究，并获得硕士学位。2005年在中科院山西煤炭化学研究所工作，主要从事生物质资源催化转化方面的研究；于中国科学院研究生院攻读博士学位，从事纤维素催化定向催化转化制备5-羟甲基糠醛的研究工作，并于2012年获得博士学位。现于中国科学院山西煤炭化学研究主要从事含氧碳源的新型催化反应的研究工作。已发表论文10余篇，申报国家发明专利20余篇，其中授权18篇。