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《宁波材料所在5-羟甲基糠醛规模化生产工艺上取得进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2019-01-11

  • 随着全球经济的快速发展，石油资源逐渐消耗与高性能化学品需求不断增加的矛盾日益突出，采用可再生的生物质原料替代化石原料成为化工领域的重要战略方向。我国生物质经济在短期内较为可行的发展路线是，将产能过剩或废弃生物质高效转化为附加值高、功能增益的平台化学品，逐步推动原料分散处理向中心加工聚集的规模化进程，实现生物基化学品对石油基化学品的性能补偿与部分替代。

    　　在众多生物基化学品中，5-羟甲基糠醛（HMF）是最重要的平台化合物之一，其衍生物在精细化工、医药、可降解塑料等领域具有重大应用前景，尤其是基于呋喃二甲酸的生物基PEF聚酯已体现出优于石油基PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）的诸多特性。然而，自19世纪末以来，HMF低成本规模化生产一直是国际化工领域悬而未决的难题，生产规模均未突破百吨/年，主要受限于反应、分离、精制等多环节技术问题迭加。在浙江糖能科技有限公司的资助下，中国科学院宁波材料技术与工程研究所张建团队以产能过剩的果糖为原料，成功开发出具有自主知识产权的高效多相催化制取HMF工艺，率先在千吨级规模上实现了催化剂、溶剂循环套用，并完成果糖脱水反应段的万吨级示范，HMF单程摩尔产率为82%至87%。生产示范期间，中国科学院重大任务局监理专家、化学所方世壁研究员莅临现场指导工作。

    　　本工作还得到了中国科学院重点部署项目（ZDRW-CN-2016-1）、前沿科学重点研究项目（QYZDB-SSW-JSC037）、基金委相关人才计划项目（51422212）、浙江省相关人才计划项目（LR16B030001）资助。

  • 原文来源：http://www.nimte.ac.cn/news/progress/201901/t20190107_5225680.html
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  • 《宁波材料所在催化果糖脱水制5-羟甲基糠醛技术方面取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：姜山
    • 发布时间：2017-06-20
    • 来源：中国科学院宁波材料所 随着化石能源的日益衰竭、能源需求的不断增加以及环境污染的日趋严重，亟需寻找一种可再生资源来替代化石资源。生物质资源具有储量大、可再生、环境友好等优点，被认为是化石资源的理想替代品，其开发与利用受到了广泛的关注。5-羟甲基糠醛（HMF，5-hydroxymethylfurfural）是一种重要的生物质平台化合物，应用领域十分广泛。比如，HMF可以作为原料，经加氢、醚化、C-C偶联反应可制备柴油、汽油等生物基燃料，还可经氧化反应可合成2,5-呋喃二甲酸，后者可替代依赖于石油的对苯二甲酸来生产聚酯类化合物。 　　当前，HMF主要是在酸性条件下由糖类（果糖、葡萄糖等）选择性脱水而得，其中以果糖为原料来生产HMF 的难度较小且易获得较高的收率。催化剂和溶剂是影响果糖脱水反应的两个重要因素。尽管水是一种廉价、环境友好的溶剂，但以纯水为溶剂会促使生成的HMF水解生成乙酰丙酸和甲酸，从而降低了HMF的收率。离子液体具有挥发性低、稳定性好、毒性低等优点，还可以有效抑制HMF的水合反应，被认为是果糖脱水制HMF反应的绿色溶剂。以分子筛为代表的固体酸催化剂具有易分离、可循环利用、低腐蚀性等优点，使其在工业上具有广泛的应用前景。然而，以ZSM-5、Beta、HY、Mordenites等分子筛催化果糖脱水反应时，HMF的收率普遍低于70%，大量副产物的存在不仅增加了产物的后续分离难度，也极易导致催化剂失活。因此，开发高效催化果糖脱水制HMF的催化剂是当前的研究热点。 　　中国科学院宁波材料所非金属催化团队张建研究员、王磊研究员与呋喃类化学品团队张亚杰研究员共同合作，以具有一维孔道结构的非酸性KL分子筛作为研究对象，采用铵离子交换的方式，制备出了不同酸性的KL分子筛并将其应用于催化果糖转化制HMF反应(离子液体体系)。研究表明，酸性KL分子筛在果糖脱水反应中表现出了优异的催化性能，其中在KL-80oC-1h催化剂上获得了99.1%的HMF收率，这主要是由于该催化剂具有适宜的Brönsted酸强度促进了脱水反应的发生以及较少的Lewis酸性位抑制了聚合产物的生成。此外，该催化剂在多次套用实验中未出现明显的失活现象，具有潜在的工业应用价值。相关研究成果发表在ChemSusChem（2017, 10, 1669-1674 DOI: 10.1002/cssc.201700239）上。 　　上述工作得到了国家自然科学基金委相关人才计划、青年基金、中国科学院前沿科学重点研究计划、宁波市自然科学基金项目等项目的资助。 　　KL分子筛的酸性表征(NH3-TPD (a), Py-IR (b))和催化果糖转化性能(果糖转化率(c), HMF收率(d)) 　　KL-80oC-1分子筛催化剂的套用实验
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  • 《宁波材料所在LED用稀土发光材料研究方面取得进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2017-12-26
    • LED固态照明器件具有高效、节能、环保等优点，经过十多年发展已基本取代传统白炽灯、荧光灯而成为新一代照明光源。荧光粉具有波长转换功能，在决定LED白光性能如显色指数、色温、效率等方面起着重要作用，是LED照明器件的关键材料之一，研发效率高和热稳定性较好的荧光粉一直是人们追求的目标。 　　宁波材料所所属二级所先进制造所的光电功能材料与器件团队研发出一种新型硅酸盐青色荧光粉；在160℃时，其荧光量子效率可维持室温的94%，表现出良好的热稳定性。该研究获国家发明专利一项（ZL201410545720.6），相关结果发表于Advanced Optical Materials（2015, 3(8), 1096-1101，入选封面文章）。 　　随后，该团队围绕材料，利用量子剪裁和共振能量传递效应，获得了一种发光效率高达144%的绿色荧光粉，实现了可见光量子剪裁（J. Phys. Chem. C 2016, 120, 2362-2370）；首次观察到的异常红光发射，采用低温光谱手段追溯到了红光来源（Inorg. Chem. 2016, 55, 8628-8635）；在此基础上，通过共掺获得了单一白光。获国家发明专利一项（ZL201510780416.4），相关基础研究结果发表于J. Phys. Chem. C 2015, 119, 24558-24563；Materials Research Bulletin 2016, 80, 288-294。 　　近期，该团队通过理论和实验相结合，在基青色荧光粉发光性能调控方面开展了系统研究。通过工艺优化，荧光内量子效率提升至90%，85℃/85%RH条件老化1600小时以上的光衰小于10%。仅采用该青色荧光粉与红粉复合，即可在NUV芯片上获得显色指数90以上的白光。基于对第一性原理电子结构计算和理解，结合光谱学的实验表征手段，该团队提出一种计算宽带隙无机非金属材料基体带隙的方法，并揭示了材料发光的热稳定性机理，除了热和声子相互作用可引起发光猝灭外，由热引起的材料吸收率下降是导致发光材料热猝灭的另一个原因。相关结果发表于J. Mater. Chem. C（2017, 5, 12365-12377，入选封面和热点文章）。 　　团队还将黄色余辉荧光粉稳态荧光内量子效率提升至82%，这为解决交流LED频闪问题提供了一种具有潜在价值的稀土发光材料。相关内容申请国家发明专利2项（2016112538620, 2016112538762），部分研究结果发表于Chem. Commun.（2017, 53, 10636-10639）并入选该期刊封底文章。 　　以上工作获伦敦布鲁内尔大学Jack Silver教授、中国科学院长春光机所张家骅研究员、日本国立材料研究所/厦门大学解荣军研究员、工信部广州电子五所徐华伟高工的支持，并获国家自然科学基金（NSFC11404351）、浙江省公益技术基金（LGG18E020007）、宁波市自然科学基金（2014A610122，2017A610001）的资助。
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