1. 研究目的与意义
纤维素是世界上分布较多的一种可再生资源，由许多葡萄糖分子通过β－糖苷键连接而成的多糖。天然纤维素常通木质素、半纤维素、树脂等伴生在一起。棉纤维是较纯的纤维素（含97～99%）。纤维素不溶于水，但溶于浓盐酸和浓硫酸，是地球上最丰富的多糖化合物，广泛存在于植物如树干、竹秆、草秆、甘蔗渣中。纤维素为植物细胞壁的主要成分，对植物体有支持和保护作用。纤维素不能为一般动物所直接消化利用，但能为若干微生物所消化分解，对人类无营养价值，但有刺激肠道蠕动的生理作用，故是膳食中不应缺少的成分
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目前已得到世界各国的高度重视。羟甲基糠醛（hmf)、乳酸、乙酰丙酸便是一种重要的来自纤维素的衍生产品。纤维素是造约业和棉纺业的主要原料。经过加工处理可制造人造丝和人造棉。如碱可使棉花纤维素部分溶解而形成碱纤维素，再经二硫化碳处理得水溶性的黄纤维素——人造丝原料。纤维素与醋酸结合成的乙酸纤维素是照相胶卷、人造丝及多种塑料的原料。纤维素经浓硝酸处理后要形成硝化纤维素，是制造炸药的原料。世界上每天有6亿多吨木屑、秸秆、旧报纸等废物未被利用，若将其中的纤维素加以利用，必为人类创造大量财富。科学家正在研究利用纤维素酶水解纤维素生产酒精以代替石油。农业上利用绿色木霉等微生物（内含纤维素酶）处理秸秆，可使纤维素部分水解，用作牲畜饲料但是，目前这些衍生产品的制备主要是利用矿物酸或固体催化剂进行，成本高且效率偏低。本研究利用金属离子cr3 催化纤维素制备hmf、乳酸和乙酰丙酸，删选出最优反应条件进行动力学分析，从而实现纤维素转化制备hmf及有机酸的优化。
乳酸（又成2-羟基丙酸）是一种重要的多用途有机酸，目前已被广泛应用于食品、制药、医药，农药、日用化工、皮革、和纺织品等行业。乳酸最早是于1780年从变质的牛奶中分离获得的并于1881年开始商业化生产。目前，乳酸的生产方法主要分为3种：(1)化学合成法；（2）酶法；（3）微生物发酵法，本实验采用主要采用的是化学合成法。
2. 研究内容和预期目标
研究内容
技术要求：调节水热反应条件，考察不同温度、时间等参数对纤维素的影响从而确定cr3 催化纤维素转化hfm，lac，la的最适反应条件。
设计条件：纤维素是世界上分布较多的一种可再生资源，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目前已得到世界各国的高度重视。羟甲基糠醛（hmf)、乳酸、乙酰丙酸便是一种重要的来自纤维素的衍生产品。但是，目前这些衍生产品的制备主要是利用矿物酸或固体催化剂进行，成本高且效率偏低。本研究利用金属离子cr3 催化纤维素制备hmf、乳酸和乙酰丙酸，删选出最优反应条件进行动力学分析，从而实现纤维素转化制备hmf及有机酸的优化。
3. 研究的方法与步骤
1.1 实验材料
底物：微晶纤维素
催化剂：CrCl3
反应器：30mL高压反应釜
溶剂：去离子水/蒸馏水
1.2 实验操作
电子天平称量X g催化剂（质量根据下表中摩尔浓度换算）
电子天平分别称量xg纤维素 ( 根据下表中换算)
去离子水/蒸馏水与催化剂、纤维素配成溶液（注：最好用去离子水没有的话用蒸馏水）
纤维素为底物
| 实验序号 | 催化剂类型 | 去离子水 | 底物浓度 | 催化剂浓度 | 反应温度 | 反应时间 |
| 1 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.25 mol/L | 240 | 30 min |
| 2 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.25 mol/L | 220 | 30 min |
| 3 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.25 mol/L | 200 | 30 min |
| 4 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.25 mol/L | 180 | 30 min |
| 5 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.125 mol/L | 240 | 30 min |
| 6 | CrCl3 | 30mL | 4% (w/w) | 0.125 mol/L | 220 | 30 min |
| 7 | CrCl3 | 30mL | 4% (w/w) | 0.125 mol/L | 200 | 30 min |
| 8 | CrCl3 | 30mL | 4% (w/w) | 0.125 mol/L | 180 | 30 min |
| 9 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.25mol/L | 240 | 20min |
| 10 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.25mol/L | 220 | 20min |
| 11 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.25mol/L | 200 | 20min |
| 12 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.25mol/L | 180 | 20min |
| 13 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.125mol/L | 240 | 20min |
| 14 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.125mol.L | 220 | 20,min |
| 15 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.125mol/L | 200 | 20 min |
| 16 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.125mol/L | 180 | 20 min |
| 17 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.25mol/L | 240 | 10 min |
| 18 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.25mol/L | 220 | 10min |
| 19 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.25mol/L | 200 | 10,min |
| 20 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.25mol/L | 180 | 10 min |
| 21 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.125mol/L | 240 | 10 min |
| 22 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.125mol/L | 220 | 10min |
| 23 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.125mol/L | 200 | 10min |
| 24 | CrCl3 | 30 mL | 4% (w/w) | 0.125mol/L | 180 | 10 min |
1.3 产物分析
利用高效液相色谱进行分析：
（1）有机酸分析：
色谱柱：有机酸色谱柱：Alltech Chrom H 8u (300 ×7.8mm)，
检测器：高效液相色谱仪
流动相：PH=1的稀硫酸和乙腈
（2）HFM分析：
色谱柱：有Zorbax SB-C18 （4.6 ×250 mm）
检测器：高效液相色谱仪
流动相：PH=2的纯净水和无水甲醇
1.4结果讨论
通过高压反应釜考察过渡金属离子水相催化纤维素在不同的浓度在不同温度，时间下
1.乳酸的生成情况及机理
2.乙酰丙酸的生成情况及机理
3.HFM的生成情况及机理
4.残渣质量，以及除去催化剂的质量。4. 参考文献
1.yan, l., laskar, d.d., lee, s.-j., yang, b. 2013. aqueous phase catalyticconversion ofagarose to 5-hydroxymethylfurfural by metalchlorides.rsc advances, 3, 24090-24098.
2. 王军，张春鹏，欧阳平凯,王. 2008. 5-羟甲基糠醛制备及应用的研究进展.化工进展,27, 702-707.
3. asghari, f.s., yoshida, h. 2006. dehydrationof fructose to 5-hydroxymethylfurfural in sub-critical water over heterogeneouszirconium phosphate catalysts.carbohydrateresearch,341,2379-2387.
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、产物及动力学分析；
