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
