葡萄糖制取5-HMF 的催化剂制备及其催化性能研究开题报告

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1. 研究目的与意义

社会经济的快速发展，使我们步入了化石资源日益枯竭的时代，丰富、可再生、替代型的生物资源转化也因此愈受关注。碳水化合物占据了生物质资源的大部分，将其转化为生物燃料和生物基化学品已成为该领域的研究热门。糠醛类物质5-羟甲基糠醛是生产药物和聚合物的重要单体，被视为一种介于生物基糖化学和石油基工业有机化学之间的关键中间体，收录在美国能源部的10＋4生物基平台化学品名单中。

2. 国内外研究现状分析

1895年kiermeyer等首次发表了关于合成5-hmf的方法。1944年，haworth和jones的工作使5-hmf的研究取得重大突破，首次提出了5-hmf的现代合成方法及相应的合成机理。而dumesic在2006年science上发表的关于合成5-hmf的文章却是最值得关注的。

我国《生物产业发展十一五规划》中已经明确规定，要大力发展生物基产品，实现对化石原料的部分替代。糠醛系列衍生物是重要的生物基材料单体之一，其中最具代表性的是5-羟甲基糠醛。目前，生产hmf的主要工艺是以玉米芯等植物纤维为原料，在酸催化条件下脱水生成。然而，这一工艺副反应多、产出率低、耗能高，生成的hmf杂质也多，限制了其应用。因此，直接以果糖等己糖为原料在酸性催化剂作用下脱水生成hmf一直是研究的热点，近年来得到较快的发展，涌现出大量相关的研究报告。我国在该领域的研究刚刚起步，尚没有这方面系统的综述报道，国外也缺少对近年来研究工作的系统总结。

寻找高效的催化体系一直都是碳水化合物降解领域的首要任务，葡萄糖的脱水降解是一个典型的酸催化反应，近年来，人们研究了各种催化剂对葡萄糖的降解作用，5-hmf的产率不断提高。早期葡萄糖脱水制备5-hmf的反应大多采用无机酸作为催化剂，结果并不理想。因此，huang等采用生物催化和化学催化相结合的方法，首先利用葡萄糖异构酶将葡萄糖异构化为果糖，然后利用hcl催化果糖脱水，取得了较为理想的结果。随着人们节能环保意识的不断增强，固体酸催化剂得到了越来越广泛的研究。后来又出现了金属氯化物催化剂和离子液体催化剂。

3. 研究的基本内容与计划

葡萄糖制取hmf的主反应由异构化反应和脱水反应两部连串反应构成。其中，两步连串反应中所使用的催化剂制备及其性能研究至关重要。通过单因素实验和正交实验，对hmf的合成工艺条件进行了优化。

2月22日-3月21日查阅相关文献资料，二步法制得糖基催化剂，反应制取hmf，进行高效液相色谱分析，计算葡萄糖转化率和hmf产率，分析实验结果。

3月22日-4月11日一步法不同温度下碳化葡萄糖制备催化剂、反应及分析。陆续对不同催化剂进行bet、xrd、sem、ftir、酸度滴定和接触角测定对其结构及性能进行表征。

4. 研究创新点

两步连串反应中所使用的催化剂制备及其催化性能研究至关重要，从催化剂的功能分类上，可以分为异构化催化剂和脱水催化剂两大类。从优化催化剂体系出发，考虑水热合成法、焙烧法制取单一催化剂等方法，从而满足产品易分离、高催化活性与选择性和绿色环保等要求，提高HMF的产率。