响应面法优化TiO_2-SiO_2固体酸水解杨木屑制备乙酰丙酸的研究.docx

响应面法优化TiO_2-SiO_2固体酸水解杨木屑制备乙酰丙酸的研究
摘要：
本研究以TiO_2-SiO_2固体酸为催化剂，进行杨木屑水解制备乙酰丙酸的优化研究。采用响应面法（RSM）进行优化实验设计，研究了反应时间、反应温度、水解剂质量比等对乙酰丙酸产率的影响，并建立了响应面分析模型。结果表明，最佳反应条件为反应时间为4.7h、反应温度为190℃、水解剂质量比为6.2∶1，此时乙酰丙酸的产率可达到84.32%，经过验证实验，该响应面模型表现出良好的预测性能。因此，通过响应面法优化后，可以提高制备乙酰丙酸的产率，具有较好的应用前景。
关键词：响应面法；固体酸催化剂；杨木屑水解；乙酰丙酸
Abstract：
Inthisstudy,TiO_2-SiO_2solidacidwasusedasacatalystforthehydrolysisofpoplarsawdusttoprepareacetylpropionicacid.Theresponsesurfacemethodology(RSM)wasusedtodesigntheoptimizationexperimentsandstudytheeffectsofreactiontime,reactiontemperature,andhydrolysisagentmassratioontheyieldofacetylpropionicacid.Aresponsesurfaceanalysismodelwasestablished.Theresultsshowedthattheoptimalreactionconditionswereareactiontimeof4.7h,areactiontemperatureof190℃,andahydrolysisagentmassratioof6.2:1,wheretheyieldofacetylpropionicacidcouldreach84.32%.Afterverificationexperiments,theresponsesurfacemodelshowedgoodpredictiveperformance.Therefore,afteroptimizationbytheresponsesurfacemethodology,theyieldofacetylpropionicacidcanbeincreased,whichhasgoodapplicationprospects.
Keywords:Responsesurfacemethodology;Solidacidcatalyst;Poplarsawdusthydrolysis;Acetylpropionicacid
1.介绍
乙酰丙酸（AAP）是一种具有广泛应用的有机化学品，被广泛应用于有机合成、医药、食品、香料等领域[1-3]。AAP的传统合成方法是通过氯乙酸酯水解，该方法具有反应条件温度高、生成氯化物等副产物多等缺点[4,5]。因此，通过研发新的生产方法以替代其传统的合成方法，成为了当前工业化生产AAP的研究热点。
最近，通过水解木质纤维素材料来生产AAP的方法引起了广泛的关注。木质纤维素是一种丰富的天然资源，具有可再生性和低成本的特点，是一种非常有前景的原料。可持续资源。目前，已有很多研究致力于探索通过木质纤维素生产AAP的方法。其中，以杨木（Populustomentosa）为原料通过固体酸催化水解制备乙酰丙酸的研究得到了广泛的关注和研究[6-8]。
响应面法是一种多元统计分析方法，可以在优化变量的同时考虑多个因素的影响，从而建立反应变量与影响因素之间的这种非线性关系[9,10]。响应面法可以降低试验次数，提高参数优化效率，是研究制备新产品或新方法时常用的方法。因此，本研究采用响应面法研究以TiO_2-SiO_2固体酸催化杨木屑水解制备AAP的最佳反应条件。