网络首发||曾宪海教授：糠醛催化加氢制备下游醇类产物

创新点

糠醛作为关键生物基平台化合物之一，可通过各类反应过程进一步制备高附加值化学品，如醇、酮、二元醇等，延伸糠醛产业链，推动“双碳”目标的实现。综述了近年来糠醛催化加氢的研究进展，包括通过氢气加氢和转移加氢两种途径制备糠醇，以及通过开环重排等过程制备环戊酮、环戊醇、四氢糠醇和戊二醇等下游高价值化学品，但糠醛自身的活泼化学性质使其在高底物浓度条件下制备化学品仍面临巨大挑战。预防糠醛聚合等副反应的发生，可能是未来规模化应用的关键。展望了未来发展的方向与趋势，构建具有经济性、可持续性的新反应体系，是探索糠醛催化加氢高值利用的新方向。

通讯作者简介

曾宪海教授

曾宪海，厦门大学教授、博士生导师，国家高层次青年人才，福建省“雏鹰计划”青年拔尖人才，福建省杰出青年基金获得者，中国互联网加大学生创新创业大赛优秀指导教师。主要从事生物质及有机固废资源化能源化利用技术研究工作。主持国家自然科学基金联合重点、国家重点研发计划课题、福建省科技重大专项、福建省杰出青年基金、福建省海洋高新重大专项等重大重点科技项目十余项。获2021年度中国化工学会侯德榜化工科学技术奖青年奖，2023年第十七届福建省青年科技奖等荣誉。

糠醛催化加氢制备下游醇类产物

作者

严虎¹，田野¹，吴雨可¹，陈伟平^1,2,*，李铮^1,3，曾宪海^1,3,*

单位

1. 厦门大学能源学院

2. 嘉庚创新实验室

3. 福建省生物质清洁高值化技术工程研究中心厦门大学生物能源研究中心

基金项目

1. 国家重点研发计划资助项目（2021YFC2101604）

2. 国家自然科学基金资助项目（U23A20123）

3. 福建省科技重大专项资助项目（2022YZ037013)

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摘要

通过开发利用生物质资源，替代传统化石资源，有望满足人类社会对清洁生产的需要，促进行业降碳脱碳。糠醛作为玉米芯、秸秆等农业加工副产物衍生的关键平台化合物，主要来源于木质纤维素中的半纤维素，经过稀酸催化水解反应生成。目前，糠醛已经实现工业化生产，并广泛应用于精细化学品、聚酯、石化炼制、医药及农药等领域。此外，糠醛因含有醛基和呋喃环等特征官能团，具有较强的化学活性，能够通过加氢、开环重排、缩合及氧化等反应过程进一步制备高附加值化学品和高密度含氧燃料，如醇、酮、二元醇等。通过制备糠醛下游产物，不仅可以提高其附加值，延伸糠醛产业链，更能助力相关领域脱碳降碳，推动“双碳”目标的实现。综述了近年来糠醛催化加氢的研究进展，包括通过氢气加氢和转移加氢两种途径制备糠醇。前者反应条件温和、操作简单方便；后者则能够有效降低氢源高压、易燃、易爆和易扩散等安全隐患。同时，总结了糠醛制备环戊酮、环戊醇、戊二醇、四氢糠醇等下游高价值化学品的研究进展。由于糠醛自身活泼的化学性质，其在高底物浓度条件下制备高价值化学品仍然面临巨大挑战，因此预防糠醛聚合等副反应的发生，可能是未来规模化应用的关键。实现糠醛活性官能团及化学键的选择性活化，是高选择性获得目标产物的重要手段。最后，探讨了糠醛在热催化体系和工业化中所面临的问题与挑战，并展望了未来发展的方向与趋势。近年来，新型催化体系如光催化和电催化等迅速发展，应用这些新手段进行糠醛加氢转化，将为其利用提供新的思路。开发新的催化体系、抑制催化过程中的副反应，并探索可行的新策略，将传统热催化与新型催化体系相结合，利用新型反应装置，构建具有经济性、可持续性的新反应体系，是探索糠醛催化加氢的新方向。

研究背景

化石资源的过度利用是造成大气污染、全球气候变暖、环境恶化的主要原因。以可再生木质纤维类生物质替代传统化石资源生产化学品，有望满足当前能源、化工产业对清洁生产方式的需要。糠醛（FFA）作为一种成熟的生物基产品，主要来源为玉米芯、秸秆等储量十分丰富的半纤维素原料，并且在我国已经实现工业化生产。糠醛含有醛基和呋喃环2种特征官能团，最主要的高值化途径为通过加氢还原转化为糠醇（FAL）、环戊酮（CPO）、环戊醇（CPL）、四氢糠醇（THFOL）、戊二醇（PeD）等高附加值化学品，已受到广泛的关注。

FFA的催化加氢反应路径如图1所示，FFA上的醛基通过选择加氢生成FAL，FAL在氢源和质子源的作用下，靠羟基的C—O键断裂发生Piancatelli开环重排反应，生成可能的中间体4-羟基-2-环戊烯酮（4-HCPNE），经过加氢脱水可以得到产物CPO，CPL是CPO深度加氢的产物。类似地，FAL在不同位点开环生成乙酰丙酸（LA）或乙酰丙醇（ APA），再经过进一步加氢可以得到产物1,4-戊二醇（1,4-PeD）。对FAL上的呋喃环加氢，可以得到THFOL，通过继续加氢，使靠近2号位或5号位的C—O键断裂，得到1,2-戊二醇（1,2-PeD）或1,5-戊二醇（1,5-PeD）。以上目标产物的选择性主要取决于催化剂的金属位点、酸性位点、形貌结构等，另外还与反应的温度、压力、时间、酸碱度等因素有直接关系。基于此，本文总结了近年来报道的FFA加氢制备各类下游产物的研究，汇总并对比了各类金属催化剂在FFA加氢反应中的表现。最后，分析了FFA催化加氢过程中面临的挑战，如高底物浓度下转化率快速下降、产物选择性不高等，并展望了未来的研究方向。

部分图表

图1 FFA催化加氢的主要反应路径

图2 FFA发生Piancatelli重排可能的路径^[31]

图3 FFA制备戊PeD可能的路径^[63]

引文格式

严虎, 田野, 吴雨可, 陈伟平, 李铮, 曾宪海. 糠醛催化加氢制备下游醇类产物[J/OL]. 能源环境保护: 1-13[2025-03-13]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250305.

YAN Hu, TIAN Ye, WU Yuke, CHEN Weiping, LI Zheng, ZENG Xianhai. Catalytic Hydrogenation of Furfural to Downstream Products[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-13[2025-03-13]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250305.

网络首发||曾宪海教授：糠醛催化加氢制备下游醇类产物

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