磷酸盐催化热解纤维素及其反应机理研究开题报告

1. 研究目的与意义

左旋葡萄糖由于其具有6,8-二氧二环【3.2.1】辛烷的烯酮体系，双键与羰基共轭，使得羰基有比较高的活性，氧桥则是受保护的醛基和羟基形成的缩醛结构，这些性质可以使lgo发生很多有机反应，参与多种合成反应，如合成河豚毒素、硫糖等多种物质。

lgo具有独特的刚性结构，可以在有机合成中引入手性中心，具有很好的立体选择性，并且可以避免官能团的保护和去保护等的复杂操作，因此lgo备受人们关注。

lgo可以通过酸催化热解纤维素以及相关的碳水化合物获得。

2. 国内外研究现状分析

（1）1973年，broido等对其质谱、nmr谱、紫外以及红外图谱的结果进行分析，得到了经验分子式c₆h₆o₃，结构为1,6-脱水-3,4-二脱氧-β-d-吡喃糖烯-2-酮，俗名为左旋葡萄糖酮。

（2）1985年，halpem等通过气-质色谱联用，使用电化学电离（ci）等的软电离方法，较好的得到了lgo的分子离子峰，最终确定了lgo的精确相对分子质量为126.0327，与之前得到的经验化学式一致。

（3）2004年，luozy等研究快速热解生物质得到液体产物，研究中提到流化床反应器能提供较高的升温速率，快速去除挥发物，可以较好地用于快速热解。

3. 研究的基本内容与计划

（一）热重分析。秤取纤维素（分析纯）1g，使用热重分析器，调制氮气流为0.1mp，载气流量为50ml/min，升温速率为10℃/min，终点温度为700℃，并保温10min，根据结果研究纤维素在热解过程中的质量是如何随温度的变化而如何变化的。然后用磷酸铁，纤维素/磷酸铁=1:1，纤维素：磷酸铁=1:2，纤维素：磷酸铁=1:4，纤维素：磷酸铁=1：0.5分别进行同样的热重分析，其条件与前面所述相同，而且实验前纤维素必须与磷酸铁粉末在研钵中充分且均匀地混合。

（二）催化热解。本实验采用固定床反应器，在氮气气氛下通过改变温度研究微晶纤维素的催化热解。秤取2g微晶纤维素，再取2g磷酸铁置于研钵中充分混合后装入石英反应器，氮气阀开至0.15mp，流量为200ml/min，设升温速率为20℃/min，设置最终温度为350℃，反应终止温度保留1h，反应后等温度降至常温，收集冷凝接收器中的液体产品，秤量液体产物及残余固体的质量，最后用乙醇洗净反应管，升温至500℃，保温2h。在相同条件下分别进行纤维素与催化剂的不同比例升温到400℃,450℃,500℃的实验，收集液体做好标签，放入冰箱低温保存待使用。

（三）生物油组分鉴定。得到的生物油用超纯水稀释后取适量加入离心管，加入适量硫酸镁震荡，使其脱水，滴入2-3滴四氢呋喃静置分层，放入离心机中离心15分钟，转速设置1000r/min，离心后用一次性滴管吸取上层油层，并用滤膜过滤才可进入高效液相色谱仪分析。购入纯度为95%的左旋葡萄糖酮为外标物，经甲醇稀释并过滤后注入gc-ms以及气相色谱分析仪进行分析。

4. 研究创新点

如果用硫酸对纤维素热解也有催化效果，但是预处理过程因其高腐蚀性和反应性，相当复杂，而且硫酸还污染环境，而此研究中用的是固体酸催化剂，避免了以上问题，这将是是催化热解纤维素的趋势。并且，磷酸铁固体催化剂热稳定性好，不腐蚀反应器，无污染，是一种绿色化的方法