生物质酸催化多组分反应研究开题报告

1. 研究目的与意义

众所周知，以石油、煤炭和天然气等为代表的不可再生的化石资源仍是世界上目前最普遍且最主要的能量来源。而在化石燃料需求量不断增加、储量不断减少的同时，化石燃料的使用也带来了巨大的生态环境污染问题。因为化石燃料在燃烧过程中会产生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮化物等，使得温室效应、酸雨、光化学烟雾等等一系列环境问题也日益尖锐。因此，寻求可代替的可再生能源，调整能源结构，逐步减轻对化石能源的依赖已成为全球共识，各国政府和科学界人士对资源丰富、可再生能力强、有利于改善环境和可持续发展的生物质资源的开发和利用投入了极大的关注。

目前，国内外学术界关于生物质的定义认识基本相同。维基百科定义为可用作燃料或工业生产的活生物体或者近期死亡的生物体，通常包括用与发电或生产生物燃料的能源植物，用于生产纤维、化学品或者热量的动植物，以及可通过燃烧作为燃料的生物可降解废弃物，但不包括有机物质经过地质过程形成的新物质，如煤炭或石油等。美国能源部认为，生物质的概念不仅包括用于食物和能源用途的淀粉、糖和油料作物，而且还包括其他所有植物以及来源与植物的物质，比如像动物的粪便等等。根据我国农业部的说法则把生物质界定为植物通过光合作用合成产出进而形成的一切有机体。包括所有的动植物和微生物。总结来说，生物质一般指农林作物、水生植物、人畜粪便、城市生活和工业有机废弃物等等。地球上每年通过植物所固定下来的太阳能的能量相当于300000000000j ，为当下消费量的近10倍。

生物质的分类有不同的说法，从生物学的角度来分，可以把生物质分为植物性和非植物性两大类。植物性的包括植物体以及植物加工后的废弃物；非植物性的生物质材料包括动物以及其排泄物、微生物本身以及其代谢物。从能源资源的角度来分可分为森林资源、农业资源、水生生物资源和城乡工业生活废弃物资源四种。从开发利用的历史出发，又可以有另一种分类方式，分为传统的生物质和现代生物质两大类。传统意义上的生物质像稻谷、树枝、秸秆、稻草等。现代生物质材料主要是指可以进行规模化集中加工的生物质材料，如制糖和食品工业的作物残渣、城市的有机垃圾、大规模集中种植的能源作物等。

2. 研究内容和预期目标

生物质基材料是一类具有发展潜力的功能性材料，它可以替代传统材料，减少对化石资源的依赖和环境污染等问题。同时，生物质材料因具有高的比表面积和丰富的官能团，能够螯合金属离子和纳米粒子，能在绝大多数有机溶剂中稳定存在。此外，生物质还具有种类繁多、可生物降解及良好的生物相容性等优点，是制备多相催化剂的理想载体。同时，多组分反应可以高效构建复杂分子，探索非均相生物质酸催化多组分反应具有较强的理论意义和实用价值，符合绿色化学发展的要求。具体研究内容如下：

利用现代科技文献的查阅方法和手段，如internet、网上图书馆、电子期刊等数据库，查阅有关研究生物质酸催化剂的合成与应用方面的科技文献资料，并对文献进行分析、研究，拟定出具体实验方案，写出题报告。

（1） 通过文献检索，制备1~2种的生物质酸催化剂，如木质素磺酸、糖基磺酸。

3. 研究的方法与步骤

本课题拟采用以天然生物质木粉为原料。采用炭化-磺化法制备炭基固体酸催化剂。称取适量的干燥木粉，在怎气保护下于300-500℃恒温炭化0。5-10 h得到黑褐色固体产物。冷却后研磨成粉末（产物收率为35%)。将炭化产物于一定温度下用浓硫酸(98%)磺化一定时间。自然冷却至室温后，将此混合物加入到一定量的燕馏水中，搅拌，静置。过滤之后，用沸腾的燕馏水洗涤至滤液pH值为7左右。在一定温度下干燥即得到炭基固体酸催化剂。以炭基固体酸为催化剂，将其将应用于多组分反应，研究催化活性及重复使用性能。

或以蔗糖为原料制备磺酸化的碳材料。将20 g 蔗糖在400℃氮气下加热15 h。 所得黄黑色固体经过研细后，加入200 ml浓硫酸，在150℃氮气下分别处理15、24和48 h。随后冷却到室温，用 2000 ml 的蒸馏水洗涤，再用80℃以上的热水洗涤，直至洗液中检测不到硫酸根离子为止。制得的催化剂参与合适的多组分反应，研究催化活性及重复使用性能

4. 参考文献

[1] ma j l, zhong l x, peng x w, et al.d-xylonic acid: a solvent and an effective biocatalyst for a three-componentreaction[j]. green chem, 2016, 18: 1738-1750.

[2] 代红光, 刘旭慧, 王丽荣, 等. 生物质木质素磺酸催化合成n-取代吡咯[j]. 化学通报, 2018, 81(10): 929-933.

[3] 乌日娜, 王同华, 修志龙, 等. 生物质炭基固体酸催化剂的制备[j]. 催化学报,2009, 30(12): 1029-1032.

5. 计划与进度安排

（1）2022-3-8~2022-3-19（第二、三周）在查阅文献资料的基础上，写出开题报告。

（2）2022-3-22~2022-6-4（第四周到第十四周）完成合成实验以及结构表征。

（3）2022-6-7~2022-6-18（第十五到十六周）撰写毕业论文并准备答辩。