1. 研究目的与意义
随着石油资源的过度开采与利用，给人类的生活带来了极大地困扰，环境问题和资源短缺，成为困扰人类发展的缺端。纤维素是世界上存在最为广泛、廉价的可再生能源，绝大多数都可以由植物光合作用而来。我国纤维素每年产量约为6亿吨，但是并没有进行合理的运用，造成了环境污染以及资源浪费。所以如何充分的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成为了各国的研究课题，具有十分广阔的前景。
5-羟甲基糠醛和乙酰丙酸便是由纤维素分解而来的多功能的新型平台化合物。5-羟甲基糠醛（又名5-羟甲基-2-糠醛、羟甲基糠醛、5-羟甲基呋喃甲醛或5-羟甲基-2-呋喃甲醛），英文名5-hydroxymethyl-2-furfural、5-hydroxymethyl-furfural或5-hmf，是一种重要的化工原料，可以通过加氢、氧化脱氢、酯化、卤化、聚合、水解以及其它化学反应，用于合成许多有用化合物和新型高分子材料，包括医药、树脂类塑料、柴油燃料添加物等。乙酰丙酸（亦称果糖酸、左旋糖酸），英文名levulinic acid，是由植物型生物质资源水解生成葡萄糖并进一步脱水和脱甲酸后得到的化合物。是合成各种轻化工产品的基本原料，在有机合成和工农业、医药行业上，具有广泛的使用价值。5-羟甲基糠醛在水相的生产，会显著降低其生产成本。水的物理性质在升高的温度（例如200℃）和室温条件下是不同的。例如，在高温下有机化合物在水中的溶解度会增加。此外，在高温下从水中释放的质子可加速5-羟甲基糠醛的形成程度。糖在水中的降解是选择性生成5-羟甲基糠醛的唯一条件，导致许多副产物，如乙醇醛，甘油醛，和乳酸酸，是从己糖的复古醛醇缩合反应生成的，而其他包括乙酰丙酸由产生的另外的5-羟甲基糠醛补液。
金属氯化物能有效的转化多糖成5-羟甲基糠醛，因为它们可以协助醛糖的异构化酮糖，这是生产5-羟甲基糠醛的关键步骤。而碱土金属氯化物从单糖寡糖和多糖生产5-羟甲基糠醛很少报道。
2. 研究内容和预期目标
技术要求：学会碱土金属离子水相催化纤维素的反应操作、ftir表征及机理分析等
设计条件：生物质多糖是世界上分布较多的一种可再生资源，利用生物质多糖生产能源或相关化学品目前已得到世界各国的高度重视。目前生物质多糖主要只指纤维素。传统稀酸法虽能一定程度上降解纤维素，但对高附加值产品如5-羟甲基糠醛的选择性较差，且带来环境污染问题。本研究利用碱土金属离子催化纤维素降解，并对其降解机理及产物分布进行研究，获得纤维素降解产单糖，重要平台化合物5-羟甲基糠醛、乙酰丙酸的催化反应信息。并对其浆料样品进行ftir表征以及机理分析。
工作要求：筛选出最适合纤维素转化的碱土金属离子，进行ftir表征以及机理分析。
3. 研究的方法与步骤
研究方法：
1.碱土金属离子水相催化纤维素FTIR表征及机理分析
1.1 实验材料
底物：纤维素
催化剂：MgCl2、CaCl2、BaCl2
反应器：50mL高压反应釜
溶剂：去离子水/蒸馏水
2.实验操作
2.1 电子天平称量X g催化剂（质量根据催化剂浓度0.125mol/L，0.25 mol/L换算）
电子天平分别称量xg纤维素 ( 根据底物浓度5％（W/W）换算)
去离子水/蒸馏水30ml与催化剂、纤维素配成溶液。
（具体内容见下表）
2.2 将溶液装入高压反应釜，充入氮气达到1.5MPa，使高压反应釜不存在氧气，防止氧气氧化催化剂。
2.3 连接搭载高压反应釜，调整好磁力搅拌器转速与温度控制器，在240℃，220℃下反应.
2.4 收集到的溶液使用C-18柱液相色谱分析5-羟甲基糠醛与副产物的分布情况。
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| 催化剂 | 体积 | 底物浓度纤维素 | 催化剂浓度 | 温度 | 时间 |
| 1 | CaCl2 | 30ml | 5%（w/w） | 0.125mol/L | 240 | 30min，20min，10min |
| 2 | CaCl2 | 30ml | 5%（w/w） | 0.25mol/L | 240 | 30min，20min，10min |
| 3 | MgCl2 | 30ml | 5%（w/w） | 0.125mol/L | 240 | 30min，20min，10min |
| 4 | MgCl2 | 30ml | 5%（w/w） | 0.25mol/L | 240 | 30min，20min，10min |
| 5 | BaCl2 | 30ml | 5%（w/w） | 0.125mol/L | 240 | 30min，20min，10min |
| 6 | BaCl2 | 30ml | 5%（w/w） | 0.25mol/L | 240 | 30min，20min，10min |
本组反应30min样品都要烘干保存
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| 催化剂 | 体积 | 底物浓度纤维素 | 催化剂浓度 | 温度 | 时间 |
| 1 | CaCl2 | 30ml | 5%（w/w） | 0.125mol/L | 220 | 20min，10min |
| 2 | CaCl2 | 30ml | 5%（w/w） | 0.25mol/ | 220 | 20min，10min |
| 3 | MgCl2 | 30ml | 5%（w/w） | 0.125mol/L | 220 | 20min，10min |
| 4 | MgCl2 | 30ml | 5%（w/w） | 0.25mol/ | 220 | 20min，10min |
| 5 | BaCl2 | 30ml | 5%（w/w） | 0.125mol/L | 220 | 20min，10min |
| 6 | BaCl2 | 30ml | 5%（w/w） | 0.25mol/ | 220 | 20min，10min |
本组反应20min样品都要烘干保存
2.5将得到的数据进行分析处理，得出最优催化剂。
4. 参考文献
1.armisen, r. 1991.agar and agarose biotechnologicalapplications.hydrobiologia. 221, 157-166.
2. yan, l., laskar, d.d., lee, s., yang, b. 2013. aqueousphase catalytic conversion of agarose to 5-hydroxymethylfurfural bymetal chlorides. rscadvances, 2013, 3,24090-24098.
3.marinho-soriano., 2001.agar polysaccharides fromgracilaria species (rhodophyta，gracilariaceae).journal of biotechnology. 89, 81–84.
5. 计划与进度安排
1、2022年12月25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，熟悉反应操作；
3、2022年3月11日-2022年4月22日催化反应、产物及结构分析；
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