竹纤维组分Lewis/Broslash;nsted酸协同催化定向制备糠醛类组分研究开题报告

全文总字数：1868字

1. 研究目的与意义

生物质液化过程复杂，研究竹粉定向液化制备糠醛类组分，揭示Lewis/Brnsted酸协同催化过程机理，实现生物质纤维组分定向转化。探索纤维素定向液化及其中间产物的基本问题，是直接采用木质纤维生物质原料制备液体燃料及化学品的基础性研究工作，对生物质液化制备液体燃料方面的应用具有重要的意义。

2. 国内外研究现状分析

在最初的研究中，5-羟甲基糠醛（5-HMF）由己糖出发经酸脱水而得到，其中大多数是用葡萄糖或者果糖作为原料经过脱水反应制备5-羟甲基糠醛（5-HMF），并开发了水-有机溶剂双相和离子液体中转化葡萄糖或果糖制备5-羟甲基糠醛（5-HMF）的方法。但是，由于葡萄糖和果糖的价格相对高昂，对实现商业化和工业化不利，与此同时，由于纤维素来源广泛，价格低廉，使得用它来降解制备5-羟甲基糠醛（5-HMF）显得更具有意义。转化纤维素为5-羟甲基糠醛（5-HMF）主要包括了水解生成葡萄糖；葡萄糖异构化为果糖；生成中间体并进一步生成5-羟甲基糠醛（5-HMF）这三个步骤。然而，纤维素在溶剂中溶解与分散时，分子作用力的影响较大，整个过程变得相对来说比较困难，所以通过研究为纤维素选择适当的溶剂，使之较易降解转化为5-羟甲基糠醛（5-HMF）是十分重要的。近年来，由于在制备中生物质中的碳资源产生损失，为了更好地利用资源，提出了生物质全成分概念，也就是将生物质中的木质素、纤维素、半纤维素全部转化。而在这些反应中，如何将5-羟甲基糠醛（5-HMF）从高沸点有机溶剂或离子液体中高效分离以及反应体系的回收再利用也成为了一项巨大的挑战。经研究表明，在离子液体反应介质中，5-羟甲基糠醛（5-HMF）的转化率相对来说较高，但是，由于离子液体成本相对高昂，对实现工业化和商业化生产是不利的。对于单一的有机溶剂反应介质，纤维素催化转化制备5-羟甲基糠醛（5-HMF）的成本虽然较低，反应周期又较短，但是5-羟甲基糠醛（5-HMF）转化率较低，还可能造成环境污染等问题。使水反应介质单一，是一种绿色的途径，但由于反应条件需要高温高压，因此存在着潜在的危险。而对于混合反应介质，成本在一定程度上得到了降低，但是5-羟甲基糠醛（5-HMF）的转化率在一定程度上有所降低。因此含水的双相体系被证明是低成本而且高成效的反应体系。而四氢呋喃（THF）若作为有机相能有效地将降解得到的5-羟甲基糠醛（5-HMF）不断从水相萃取到有机相之中，抑制5-羟甲基糠醛（5-HMF）的进一步反应。磷酸铁（FePO4），作为常用催化剂，与其它催化剂如三氯化铟（InCl3）相比，不易潮解，无毒，环境相容性好且无毒安全，因此是5-羟甲基糠醛（5-HMF）制备过程中比较适宜的催化剂。为了增大产物在有机相与水相中的分配系数，从而进一步地提高5-羟甲基糠醛（5-HMF）的产率，可以在其中添加价格低廉的无机盐氯化钠（NaCl）。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：利用lewis/brnsted酸，以竹粉为对象，在水/thf-nacl溶剂体系中协同催化，实际上采用brnsted酸，以金属lewis盐作为催化剂协同催化，从而实现竹粉纤维组分联立定向转化制备糠醛及5-hmf(5-hydroxymethyl furfural)。此实验可以考察金属lewis盐种类、brnsted酸种类及反应工艺对于竹粉液化、糠醛、5-hmf产率、选择性的影响。选取戊聚糖、葡萄糖、果糖为中间产物模型，研究lewis/brnsted酸协同催化对于半纤维素及纤维素转化及稳定化机理。

研究计划：

（1）填写开题报告，阅读文献，撰写文献综述，对本课题有全面大概的了解。时间安排：1月10日-1月20日；

（2）和指导教师讨论实验方案。时间安排：2月20日-2月25日；

4. 研究创新点

一方面，大多数研究都是以葡萄糖、果糖、纤维素作为原料经过脱水反应制备5-羟甲基糠醛（5-HMF），本实验则是采用竹粉。竹粉由纤维素、半纤维素、木质素等组成，符合研究要求且相比其他原料更加廉价易得。另一方面，本实验采用FePO₄作为催化剂，它与其它催化剂如三氯化铟（InCl₃）相比，不易潮解，无毒，环境相容性好且无毒安全，而且重要的是可回收，减少了对环境的污染，符合可持续发展要求。