東北師范大學王曉紅Chemosphere：有序介孔POMs/SiO2-NH2納米纖維的制備及其在氧化5-HM

DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.130316

5-羥甲基糠醛（5-HMF）是一種可轉化為2,5-二甲酰基呋喃（DFF）的生物質纖維素平臺產品。多金屬氧酸鹽（POMs）在資源回收技術和纖維素廢水處理中起著重要應用。以H5PMo10V2O40（HPMoV）和有機硅為前驅體，結合原位制備和靜電紡絲技術合成了有序介孔H5PMo10V2O40/SiO2-NH2（wt％）納米纖維（HPMoV/meso-SiO2-NH2（wt％））。為了回收和轉化5-HMF，使用這些納米纖維作為催化劑探索了5-HMF的需氧氧化，在120℃下使用氧氣（1.0MPa）對HPMoV/meso-SiO2-NH2（23％）納米纖維處理8h后獲得了最佳的DFF產率（90.0％）。與中孔SiO2納米纖維相比，通過-NH2R改性SiO2納米纖維可將HPMoV@SiO2納米纖維的親水性轉變為疏水性，使形成的DFF得以分離，從而提高對DFF的選擇性。在循環測試中，HPMoV@SiO2-NH2表現出良好的性能，并且由于它們之間的相互作用，10次循環后沒有從SiO2-NH2中浸出活性位。基于HPMoV/meso-SiO2-NH2（23）和氧氣對5-HMF進行轉化，從真實纖維素廢水中獲得DFF的產率為118％，這有助于糖、呋喃和5-HMF的一步轉化。

圖1.（a）HPMoV/meso-SiO2-NH2（n-f）的紅外光譜和（b）HPMoV/meso-SiO2-NH2（n-f）的XRD圖

圖2.SiO2-NH2和HPMoV/meso-SiO2-NH2（23-f）的N1s XPS光譜

圖3.HPMoV/meso-SiO2-NH2/聚合物（a），HPMoV/meso-SiO2-NH2（5-f）（b），HPMoV/meso-SiO2-NH2（14-f）（c），HPMoV/meso-SiO2-NH2（23-f）（d），HPMoV/meso-SiO2-NH2（28-f）（e）和HPMoV/meso-SiO2-NH2（35-f）（f）的SEM圖像。HPMoV/meso-SiO2-NH2（23-f）的TEM圖像（g），meso-SiO2-NH2（h）和HPMoV/meso-SiO2-NH2（23-f）（i）的HRTEM圖像

圖4.HPMoV/meso-SiO2-NH2（n-f）的氮氣吸附-解吸等溫線（a），根據BJH解吸dV/Dd孔體積獲得的孔徑分布曲線（b），以及各種催化劑在氧化5-HMF（126mg）中的催化性能，80mg催化劑，120℃，5mL DMSO，8h，1.0MPa O2（c）

圖5.HPMoV的加入量對5-HMF轉化率和產物分布的影響

圖6.（a）在以下反應條件下溶劑和氧氣壓力對5-HMF氧化的影響：126mg 5-HMF，80mg催化劑，120℃，8h，5mL DMSO，1.0MPa O2，（b）溫度的影響，（c）催化劑使用的影響，以及（d）POM負載量的影響和相應TOC值

圖7.（a）經洗滌和（b）未經洗滌處理的可再生HPMoV/meso-SiO2-NH2（23-f）的可重復使用性。反應條件：126mg 5-HMF，80mg催化劑，120℃，5mL DMSO，8h，1.0MPa O2