新型固体超强碱催化剂Na2O/分子筛类似物（HND-63）在植物基单甘酯合成中的应用及催化机制解析

本研究针对传统表面活性剂生产过程中环境污染严重、催化剂难回收等问题，开发了一种经济环保的固体超强碱催化剂HND-63，用于催化蓖麻油甘油解反应合成单甘酯（MAG）。通过优化反应条件获得72.50%的MAG产率，阐明了Na2O负载型催化剂的O2?活性位点机制，为植物基表面活性剂的绿色制备提供了新策略。

　　

在日化、食品和医药领域，单甘酯（MAG）作为重要的非离子表面活性剂，其传统生产依赖化学合成法，存在催化剂难回收、反应温度高（200-240°C）等问题。蓖麻油因其含羟基的蓖麻油酸结构成为理想原料，但现有催化体系效率不足。河南工业大学食品科学与工程学院的研究团队创新性地采用固体超强碱催化剂HND-63（Na₂O/分子筛类似物），在温和条件下实现了高效催化，相关成果发表于《Grain》。

研究采用X射线荧光光谱（XRF）和氮气吸附-脱附表征催化剂结构，通过单因素实验和响应面法优化工艺参数，结合气相色谱（GC）分析产物组成，并建立反应动力学模型。关键创新在于发现HND-63的O^2?活性中心能高效捕获甘油分子中的H⁺，其103.9665 ?的大孔径有利于底物扩散。

催化剂表征显示，HND-63碱度>30，Na₂O含量达23.247%，显著优于HND-64（7.734%）。性能评估中，HND-63的MAG选择性达69.38%，仅次于KOH（71.20%）但具备可回收优势。反应机理研究表明，甘油阴离子攻击TAG羰基碳形成四面体中间体，最终生成MAG和DAG。

通过响应面优化获得最佳条件：110.5°C、甘油/油摩尔比9.2:1、催化剂用量10.1%、反应时间209分钟，MAG含量达72.50%。动力学分析表明该反应符合准一级动力学，活化能E_a为61.37 kJ/mol，指前因子A为6.33×10⁶ mol·L^?1·min^?1，处于工业化可行范围。催化剂循环实验显示，重复使用3次后MAG产率仅下降8.3%。

该研究首次将固体超强碱催化剂应用于甘油解反应，相比传统均相催化剂（如KOH）降低反应温度近100°C，且避免了皂化副反应。通过构建"载体-活性位点"协同机制，为生物基表面活性剂的绿色制备提供了新思路，对推动化妆品、食品乳化剂等行业的可持续发展具有重要意义。未来可通过硅烷化改性进一步提升催化剂亲水性，有望实现更高MAG产率。