1. 研究目的与意义
5-羟甲基糠醛(5-hmf)具有高活性的呋喃环、芳醇、芳醛结构,其衍生物被广泛的用作真菌剂、腐蚀抑制剂、香料,也可以代替由石油加工得到的苯系化合物作为合成高分子材料的原料；因而,以生物质资源的糖类化合物为原料合成精细化工产品5-hmf的研究备受关注。
但是，目前5-羟甲基糠醛的制备主要是利用可食用的果糖为底物，矿物酸或固体催化剂催化反应来进行，成本高且效率偏低。
使用纤维素生物质作为原料生产5-羟甲基糠醛一直是多年来研究的热点。
2. 研究内容和预期目标
研究内容
技术要求：通过高效液相色谱法检测玉米芯中纤维素的含量；通过对比不同金属离子作为催化剂，在水相条件下不同离子对纤维素降解及5-羟甲基糠醛产出的影响及机理，从而获得最优催化金属离子。
设计条件：纤维素是世界上分布较多的一种可再生资源，利用纤维素代替不可再生的石化资源来生产能源及相关化学品目前已得到世界各国的高度重视。羟甲基糠醛便是一种重要的来自纤维素的衍生产品。但是，目前羟甲基糠醛的制备主要是利用矿物酸或固体催化剂进行，成本高且效率偏低。本研究利用金属离子催化剂催化纤维素制备羟甲基糠醛，删选出同时利于纤维素水解和葡萄糖脱水反应的催化剂，从而实现玉米芯纤维素一步法转化制备5-羟甲基糠醛。
3. 研究的方法与步骤
1.1实验材料
底物：玉米芯
催化剂：CrCl3, CuCl2 , ZnCl2 , MoCl3 , RuCl3
反应器：50mL高压反应釜
溶剂：去离子水/蒸馏水
1.2实验操作
1.2.1玉米芯组分分析
1、称取玉米芯30±-10.0mg。放入额定压力管。（记录体重接近0.1mg）
2、压力管中加入3.00 -0.01mL 72%硫酸；聚四氟乙烯搅拌棒搅拌1分钟
3、将压力管在30±3℃水浴加热60±5分钟，用搅拌棒或玻璃棒，搅拌5-10分钟
4、完成60分钟的水解后，从水浴中取出管。加入4%稀硫酸（加84 -0.04ml去离子水）。拧紧聚四氟乙烯帽安全。混合样品倒几次管。以1.5ml样品瓶过滤后的溶液使用高效液相色谱法（样品1）
5、准备SRS（标准）240mg葡萄糖、木糖180mg，Arabinose 60mg，甘露糖60mg，纤维二糖240mg
120ml水（1）和120ml 4%稀硫酸（2，NO.2，NO.3）分别。
6、把管（包括样品，SRS 1号、2号）在高压釜。高压釜密封样品1 h在121℃加热。反应结束后，将其冷却至室温
7、真空过滤机的蒸压水解液过滤坩埚。
8、转移一部分（50ml），为高效液相色谱分析样品存储瓶（样品2）
9、用热去离子水定量转移所有剩余的固体的压力管进入过滤坩埚。用最小50ml去离子水冲洗固体。热去离子水可以用来代替室温
10、在105℃干燥4h坩埚和酸不溶物至出现恒重
11、从炉冷干燥器去除样品，记录坩埚和干渣最近0.1mg重量
12、将坩埚和残留在马弗炉中575℃加热24 -6h
步骤11和步骤12之间的重量差异是木质素的重量
葡聚糖（纤维素）和木聚糖（半纤维素）含量可达到运行样本的1，充足的2，SRS（一2，3）通过高效液相色谱法。
%Glucan = (V*Cg/Rg)/(1.111*(W*(1-MC)))
V:total volume 87ml(sample1) 85.5mL(sample2)
Cg:HPLC glucose concentration
Rg: glucose recovery
系数葡萄糖的葡聚糖
生物量
生物质水分含量
%Xylan = (V*Cx/Rx)/(1.136*(W*(1-MC)))
葡聚糖同理
1.2.2不同金属离子对玉米芯催化分解能力
电子天平称量xg玉米芯(根据下表中换算)
去离子水/蒸馏水中加入催化剂混合
实验组
| 实验序号 | 催化剂类型 | 去离子水/蒸馏水 | 底物浓度 | 催化剂浓度 | 反应温度 | 反应时间 |
| 1 | CrCl3 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 | 30 min |
| 2 | CrCl3 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 200 | 30 min |
| 3 | CrCl3 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 180 | 30 min |
| 4 | MoCl3 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 | 30 min |
| 5 | MoCl3 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 200 | 30 min |
| 6 | MoCl3 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 180 | 30 min |
| 7 | RuCl3 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 | 30 min |
| 8 | RuCl3 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 200 | 30 min |
| 9 | RuCl3 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 180 | 30 min |
| 10 | ZnCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 | 30 min |
| 11 | ZnCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 200 | 30 min |
| 12 | ZnCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 180 | 30 min |
| 13 | CuCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 | 30 min |
| 14 | CuCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 200 | 30 min |
| 15 | CuCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 180 | 30 min |
1.3产物分析
利用高效液相色谱进行分析
测糖
色谱柱：Prevail carbohydrate ES column (250×4.6 mm)
检测器：蒸发光散射检测器(ELSD)
流动相：去离子水 乙腈
测HMF
色谱柱：C-18 agilent column (150×4.6 mm)
检测器：紫外检测器
流动相：PH=2的去离子水 甲醇
测有机酸
乙酰丙酸的浓度，HMF和液相产物甲酸的测定高效液相色谱法（水2690）用柱=高丛H；流速为0.6 mL/min；流动相5毫米硫酸，探测器= 250 nm的紫外线；停留时间为45 min，柱温为60C。
1.4结果讨论
探讨玉米芯组分分布；探讨不同金属离子对催化分解玉米芯中纤维素生产5-羟甲基糠醛影响。
4. 参考文献
[1] 王军，张春鹏，欧阳平凯, 王. 2008. 5-羟甲基糠醛制备及应用的研究进展. 化工进展, 27, 702-707.
[2] rasrendra, c. b., makertihartha, i. g. b. n.,adisasmito, s., heeres, h. j. 2010.green chemicals from d-glucose: systematic studies on catalytic effects of inorganicsalts on the chemo-selectivity and yield in aqueous solutions. top catal, 53,1241–124.
[3] mikkola, j.-p.t., virtanen,p.p., kordás, k., karhu, h., salmi, t.o. 2007. silca—supported ionic liquidcatalysts for fine chemicals. applied catalysis a: general, 328, 68-76.
5. 计划与进度安排
1、2022年1月1日-2022年3月1日：查阅文献，根据任务书书写开题报告，制定实验方案，翻译外文文献；
2、2022年3月2日-2022年3月10日：准备催化反应器及催化剂等，熟悉反应操作；
3、2022年3月11日-2022年4月22日：底物分析、催化反应、产物分析；
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