Hydroxymethylfurfural / HMF CAS 67-47-0

Chemische Bezeichnung: 5-Hydroxymethylfurfural

Synonym: 5-(Hydroxymethyl)-2-furaldehyd, HMF

CAS-Nr.: 67-47-0

MF: C6H6O3  MW: 126.11

 

Beschreibung

Hydroxymethylfurfural / HMF CAS 67-47-0

5-Hydroxymethylfurfural ist ein wichtiger chemischer Rohstoff. Es enthält in seinem Molekül eine Aldehyd- und eine Hydroxymethylgruppe und kann durch Hydrierung, oxidative Dehydrierung, Veresterung, Halogenierung, Polymerisation, Hydrolyse und andere chemische Reaktionen zur Synthese vieler nützlicher Verbindungen und neuer Polymermaterialien verwendet werden, darunter Arzneimittel, harzartige Kunststoffe, Dieselkraftstoffadditive usw. Insbesondere biobasierte PEF-Polyester auf der Basis von Furandicarbonsäure haben viele Eigenschaften gezeigt, die denen von PET (Polyethylenterephthalat) auf Erdölbasis überlegen sind.

 

Standard

Artikel Spezifikation
Erscheinungsbild Brauner und gelber Feststoff
Schmelzpunkt 28-34 °C
Siedepunkt 114-116 °C bei 1 mm Hg
Dichte 1,243 g/ml bei 25 °C

 

Anwendung:

Es kann in abbaubaren Kunststoffverpackungen, speziellen funktionellen Materialien, Tensiden, Aromen und Duftstoffen und anderen Feinchemikalien oder in der pharmazeutischen Industrie verwendet werden.

 

Package:25kg/Trommel

 

Lagerung:

Empfindlich gegenüber Luft, Licht und Wärme, mit starker Feuchtigkeitsaufnahme.

Versiegelt und bei niedriger Temperatur gelagert (<0 ℃).

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Fortschritte in der Forschung über die Anwendung von Katalysatoren im Umweltschutz

1. Definition von Umweltschutzkatalysatoren Umweltschutzkatalysatoren sind Katalysatoren, die zum Schutz und zur Verbesserung der Umwelt eingesetzt werden, indem sie giftige und gefährliche Stoffe direkt oder indirekt behandeln, sie unschädlich machen oder reduzieren, um die Umwelt zu schützen und zu verbessern. Als Umweltschutzkatalysatoren gelten im weiteren Sinne alle Katalysatoren, die dem Umweltschutz dienen, einschließlich katalytischer Syntheseverfahren, die keine schädlichen Nebenprodukte erzeugen oder erzeugen wollen; im engeren Sinne handelt es sich um die Arten von Katalysatoren, die zur Verbesserung des Treibhauseffekts, des Abbaus der Ozonschicht, der Ausweitung des sauren Regens und der Verschmutzung von Gewässern beitragen. Umweltkatalysatoren werden in direkte und indirekte Katalysatoren unterteilt. So gehört der Katalysator, der zur Entfernung von Stickoxiden (NOX) aus dem Abgas verwendet wird, zu den direkten Katalysatoren, während der Katalysator, der zur Hemmung der NOX-Produktion im Verbrennungsprozess verwendet wird, zu den indirekten Katalysatoren gehört.

2.1 Katalysatoren für Fahrzeuge mit Magerverbrennung Wenn Dieselmotoren unter Magerverbrennungsbedingungen betrieben werden, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Verhältnis von Luft zu Kraftstoff) von Benzinmotoren größer als 17:1 oder sogar höher. In diesem Fall kann die Motorleistung erheblich verbessert werden, was zu einer Verringerung der CO-, Kohlenwasserstoff- und CO2-Emissionen führt, die NOx-Emissionen steigen jedoch stark an. Bei den derzeit gängigen Drei-Effekt-Edelmetallkatalysatoren liegt ein so hohes Luft-Kraftstoff-Verhältnis außerhalb des normalen Betriebsbereichs, so dass sie die NOx-Reduzierung nicht wirksam verbessern können. Daher sollten neue Fahrzeugkatalysatoren entwickelt werden, die die NOx-Umwandlung unter mageren Bedingungen verbessern können, und die katalytische Reduzierung von NOx unter mageren Bedingungen hat das Interesse der Forscher geweckt. Sobald dieser Katalysator erfolgreich erforscht ist, wird er in Fahrzeugen mit Dieselmotoren und ölarmen Benzinmotoren weit verbreitet sein.

2.2 Forschung zur Rauchgasentschwefelung Die beste Methode zur Rauchgasentschwefelung ist die selektive katalytische Reduktion von SO2 zu elementarem Schwefel. Mit dieser Methode wird nicht nur die Quelle der SO2-Verschmutzung im Rauchgas beseitigt, sondern auch das Produkt, d. h. fester elementarer Schwefel, zurückgewonnen, der nicht nur leicht zu transportieren ist, sondern auch wiederverwendet werden kann. Gegenwärtig befinden sich die meisten Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von SO2 zu elementarem Schwefel noch im Forschungsstadium. Die Probleme sind die Störung des Reduktionsprozesses durch überschüssigen Sauerstoff im Rauchgas und die Vergiftung des Katalysators.

2.3 Katalytische Oxidationsbehandlung von hochkonzentrierten, nicht abbaubaren organischen Abwässern Mit der Entwicklung der pharmazeutischen, chemischen und Farbstoffindustrie gibt es immer mehr hochkonzentrierte, nicht abbaubare Abwässer, die durch eine hohe Toxizität der Schadstoffe, eine hohe Schadstoffkonzentration, eine schwierige biologische Abbaubarkeit und einen hohen Gehalt an anorganischen Salzen gekennzeichnet sind. Eine der wirksamsten Methoden zur Behandlung solcher Abwässer ist die chemische Oxidation. Derzeit ist die hocheffiziente nasskatalytische Oxidationstechnologie ein beliebtes Forschungsthema. Diese Methode kann die organischen Schadstoffe im Wasser direkt oxidieren oder die großmolekularen organischen Schadstoffe im Wasser in kleinmolekulare organische Schadstoffe oxidieren, um die Biochemie des Abwassers zu verbessern. Mit der biochemischen Behandlung können organische Schadstoffe im Wasser besser entfernt werden. Diese Methode wird häufig verwendet, um die katalytische Oxidation von organischen Schadstoffen zu erhöhen Oxidationsmittel können verwendet werden: Luft, Wasserstoffperoxid, Ozon, Natriumhypochlorit und Chlordioxid und andere Oxidationsmittel. Der Schlüssel zu dieser Methode ist die Entwicklung hocheffizienter inhomogener Oxidationskatalysatoren.

2.4 Arten von Umweltschutzkatalysatoren und die Verwendung der aktuellen Situation Es gibt viele Arten von Umweltproblemen auf der Erde, und die Probleme, die derzeit dringend gelöst werden müssen, sind: der Treibhauseffekt, die Zerstörung der Ozonschicht, die Ausweitung des sauren Regens, die Emission von Schwermetallen und anderen Umweltschadstoffen, die Verringerung der tropischen Regenwälder und die Versteppung des Bodens usw. Die ersten drei dieser Probleme sind die wichtigsten in der Welt. Die ersten drei dieser Probleme werden durch chemische Stoffe verursacht, die in die Atmosphäre abgegeben werden. So stehen Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Distickstoffoxid (N2O) im Zusammenhang mit dem Treibhauseffekt, Freon und N2O zerstören die Ozonschicht, und Schwefeldioxid (SO2) und NOX sind die Hauptfaktoren für die Bildung von saurem Regen und photochemischem Smog, die hauptsächlich durch chemische Methoden beseitigt oder reduziert werden können. Da die Menge der am Emissionsprozess der oben genannten Schadstoffe beteiligten Reaktanten gering ist, die Reaktionstemperatur entweder zu hoch oder zu niedrig ist und die Kontaktzeit zwischen den Reaktanten und dem Katalysator besonders kurz ist usw., sind die Umweltkatalysatoren im Vergleich zu den in anderen chemischen Reaktionen verwendeten Katalysatoren schwieriger herzustellen und stellen höhere Anforderungen an die Aktivität, Selektivität und Haltbarkeit der Katalysatoren.

2.5 Neue Umweltschutzkatalysatoren

2.5.1 Silikatmaterialien Natürlicher Ton wie Montmorillonit hat eine molekularsiebartige Struktur und ist ein Katalysatorträger und ein gutes Adsorptionsmittel für die Behandlung von Schwermetallionen in Abwässern. Er wird weithin als Träger von Umweltschutzkatalysatoren verwendet, z. B. bei der Reinigung von Autoabgasen, der Rauchgasentschwefelung, der Entstickung und der katalytischen Verbrennung von organischen Abgasen.

2.5.2 TiO2 ist ein N-Typ-Halbleiter mit guter lichtempfindlicher Leitfähigkeit, der häufig als Katalysatorträger verwendet wird. Heute wird TiO2 häufig als Photokatalysator und Elektrodenkatalysator verwendet. Selbstreinigendes Glas, Fliesen, Möbel und Vorhangstoffe, die mit aktivem TiO2 beschichtet sind, katalysieren und reinigen automatisch die Innenraumluft unter der Einstrahlung von Sonnenlicht und Licht.

2.5.3 Biokatalytische Verfahren basieren in der Regel auf ungiftigen und unschädlichen biologischen Stoffen als Rohstoffen, die bei Raumtemperatur und Druck umgesetzt werden können, und das Verfahren ist einfach. Biokatalysatoren sind aufgrund ihrer hohen Umsetzungsrate, hohen Spezifität, geringen Nebenprodukte und wiederholten Verwendung ideale grüne Katalysatoren. 2.5.4 Eine ionische Flüssigkeit bei Raumtemperatur kann sowohl als Säurekatalysator als auch als grünes Lösungsmittel verwendet werden. Mit den Vorteilen der einfachen Herstellung, der geringen Toxizität, des niedrigen Preises, der Nichtbrennbarkeit, der einstellbaren Leistung usw. ist sie ein umweltfreundlicher Katalysator mit dem Potenzial, die chemische Industrie zu revolutionieren, und mit guten Aussichten für die industrielle Anwendung.

Die katalytische Umwandlung von 5-Hydroxymethylfurfural (HMF)-Plattformverbindungen ist in den letzten Jahren ein beliebter Bereich für die hochwertige Verwertung von Lignozellulose-Biomasse und hat aufgrund ihrer reichlichen Verfügbarkeit und grünen Nachhaltigkeit viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen.HMF hat eine Vielzahl reaktiver funktioneller Gruppen und kann durch verschiedene Reaktionen (z. B. Oxidation, Reduktion, Veresterung, Aminierung usw.) in hochwertige Kraftstoffe, Kraftstoffzusätze, Chemikalien und Ausgangsstoffe für Polymere umgewandelt werden. In diesem Papier werden die Reaktionsmechanismen, katalytischen Wege, industriellen Anwendungen und technisch-wirtschaftlichen Analysen verschiedener HMF-Reaktionstypen erörtert und die aktuellen Probleme und Perspektiven der HMF-Umwandlung zusammengefasst, in der Hoffnung, dass dieses Papier bei der Entwicklung einer hochwertigen HMF-Nutzung behilflich sein wird. Hintergrund Der massive Verbrauch fossiler Brennstoffe und wachsende Umweltbedenken zwingen zur Suche nach nachhaltigeren Energiequellen. Lignozellulose-Biomasse ist eine weltweit weit verbreitete, ungenießbare Kohlenstoffressource, die in erneuerbare Energie und hochwertige Chemikalien umgewandelt werden kann, und auf Biomasse basierende Chemikalien können die große Mehrheit der Petrochemikalien ersetzen. Die katalytische Umwandlung von aus Biomasse gewonnenen 5-Hydroxymethylfurfural (HMF)-Plattformverbindungen war in den letzten Jahren ein beliebter Bereich für die hochwertige Nutzung von Lignozellulose-Biomasse. HMF hat mehrere funktionelle Gruppen und ist anfällig für mehrere Nebenreaktionen während des Umwandlungsprozesses, was die Qualität der chemischen Produkte beeinträchtigt. Daher ist die Entwicklung und Herstellung effizienter grüner katalytischer Systeme zur Umwandlung von HMF in eine Vielzahl von hochwertigen Chemikalien, flüssigen Kraftstoffen und Additiven durch selektive Spaltung/Funktionalisierung der spezifischen funktionellen Gruppen von HMF der Schlüssel zur Realisierung einer hochwertigen Nutzung von HMF. Lesen Sie mehr HMF-Oxidation Zunächst fassten die Autoren die wichtigsten Produkte zusammen, die bei der HMF-Oxidation entstehen, und erörterten hauptsächlich drei HMF-Oxidationsprodukte: 2,5-Dicarbonylfuran (DFF), 5-Hydroxymethyl-2-Furancarbonsäure (HMFCA) und 2,5-Dicarbonsäurefuran (FDCA). Die Autoren stellten systematisch die Katalysatorsysteme für die selektive Oxidation von HMF zur Herstellung der drei oben genannten Hauptprodukte vor und erörterten die Auswirkungen von Edel- und Nichtedelmetallkatalysatoren sowie des Säuregehalts und der Alkalinität des Reaktionslösungsmittels auf die Selektivität der Produkte. Zweitens wurden die Reaktionsmechanismen von HMF für die Herstellung von DFF, HMFCA und FDCA zusammengefasst. Darüber hinaus wird die großtechnische Herstellung hochwertiger Chemikalien aus der HMF-Oxidation teilweise erörtert, insbesondere die Herstellung von FDCA, und ihre technisch-wirtschaftliche Analyse wird vorgestellt. Abb. 1 HMF kann zu vielen Verbindungen oxidiert werden, die aus Erdölquellen gewonnen werden Abb. 2 Möglicher Oxidationsmechanismus von HMF zu DFF über ZnFe1.65Ru0.35O4. (Energie & Kraftstoffe, 2017, 31, 533-541.) Abb. 3 Oxidationsmechanismus von HMF zu HMFCA über AgO-Katalysator in Gegenwart von H2O2(ACS Sustain. Chem. Eng., 2020, 8, 8486-8495.) Abb. 4 Oxidationsmechanismus von HMF zu FDCA über löchrigem Mn2O3 Nanoflocken. (ChemSusChem, 2020, 13, 548-555) HMF-Hydrierung Zunächst wird zusammengefasst, dass HFM hydriert werden kann, um eine breite Palette hochwertiger Chemikalien zu erhalten, die als Kraftstoffe oder Kraftstoffzusätze verwendet werden können und deren Eigenschaften denen von Petrochemikalien nicht nachstehen. Im Mittelpunkt stehen die Herstellung von DHMF, DHMTHF und DMF durch HMF-Hydrierung sowie die Auswirkungen von Edelmetallkatalysatoren, Nichtedelmetallkatalysatoren, Bimetallkatalysatoren, die Art der Träger und die Wirkung von Lösungsmitteln auf die HMF-Hydrierungsprodukte. Aufgrund der zunehmenden Reife von HMF zu DMF ist die großtechnische Herstellung von DMF auf Biomassebasis möglich. In diesem Beitrag werden auch Beispiele für die großtechnische Herstellung von DMF vorgestellt und ihre technisch-wirtschaftlichen Aspekte analysiert, was darauf hindeutet, dass DMF auf Biomassebasis gute Aussichten für eine industrielle Anwendung hat. Abb. 5 Eine Reihe von Chemikalien, die aus der selektiven Hydrierung oder Hydrogenolyse von HMF gewonnen werden. Hydroxyaldolkondensation Um die Kohlenstoffkette von HMF zu verlängern und den Wert von HMF zu verbessern, kann die Aldehydgruppe von HMF verwendet werden, um die Kette durch Hydroxyaldolkondensation zu verlängern, und dann weiter hydrodeoxygeniert werden, um hochwertige Alkankraftstoffe zu erhalten. In diesem Beitrag werden die Arten der Hydroxyaldolkondensation vorgestellt, die in HMF auftreten können, und die Hydroxyaldolkondensationsreaktion zwischen HMF und Aceton wird als Beispiel für die Synthese von C9-, C12- und C15-Alkanen herangezogen. Auch die Katalysatoren für die Hydroxyaldolkondensation von HMF werden zusammengefasst. Abb. 6 Aldolkondensation mit Aceton, gefolgt von Hydrierung und Hydrogenolyse. Rehydrierungsreaktionen In diesem Beitrag wird zunächst der Mechanismus der Rehydrierungsreaktion beschrieben, die in HMF stattfindet, um Acetylpropionsäure und Ameisensäure zu erzeugen. Acetylpropionsäure (LA) ist ein weiteres wichtiges Biomasse-Plattformmolekül, das katalytische System für die Umwandlung von HMF in LA wird hauptsächlich vorgestellt, und die Wege für die Umwandlung von LA in andere wichtige Chemikalien werden kurz zusammengefasst.GVL ist ebenfalls ein wichtiges Biomasse-Plattformmolekül, das durch die Umwandlung von HMF gewonnen werden kann, und die Wege für die Umwandlung von GVL in andere Chemikalien werden ebenfalls kurz zusammengefasst. Horvat's Mechanismus für die Zersetzung von HMF in Gegenwart von Säure. (Energie & Kraftstoffe, 2011, 25, 4745-4755.) Ammonifikation Die ammonifizierten Produkte von HMF können als wichtige Zwischenprodukte in chemischen und pharmazeutischen Bereichen verwendet werden. In diesem Beitrag wird ein systematischer Überblick über die Ammonifizierungsreaktion von HMF gegeben, wobei besonders auf die Katalysatortypen bei der Ammonifizierungsreaktion von HMF und die Wirkung verschiedener Amine eingegangen wird. Darüber hinaus geben die Autoren einen Überblick über die jüngsten Fortschritte bei der Polymerisation, Veretherung und Decarboxylierung von HMF. Horvat's Mechanismus für die Zersetzung von HMF in Gegenwart von Säure. (Energie & Kraftstoffe, 2011, 25, 4745-4755.) Ammonifikation Die ammonifizierten Produkte von HMF können als wichtige Zwischenprodukte in chemischen und pharmazeutischen Bereichen verwendet werden. In diesem Beitrag wird ein systematischer Überblick über die Ammonifizierungsreaktion von HMF gegeben, wobei besonders auf die Katalysatortypen bei der Ammonifizierungsreaktion von HMF und die Wirkung verschiedener Amine eingegangen wird. Darüber hinaus geben die Autoren einen Überblick über die jüngsten Fortschritte bei der Polymerisation, Veretherung und Decarboxylierung von HMF.

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