过渡金属盐VCl3催化纤维素制备羟甲基糠醛及有机酸研究开题报告

1. 研究目的与意义

纤维素是大分子多糖由葡萄糖组成的，其与水和一般有机溶剂不相容，是细胞壁的主要成分。在自然界中占植物界碳含量一半以上，含量第一、分布最为广泛的多糖便是纤维素。其中棉花几乎全部都是纤维素，故棉花可以作为最纯的天然纤维素来源。而在一般的木材当中，纤维素占40～50%，半纤维素占10～30%，木质素占20～30%。

纤维素作为地球上最古老、最丰富的天然高分子材料，是天然可再生的宝贵资源。早在一百六十多年前纤维素化学与工业便作为高分子化学诞生和发展时期的主要研究对象，在此之后纤维素和它的衍生产物的研究成果便为高分子化学和高分子物理学科的创立、发展和丰富作出了重大贡献。

利用纤维素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、乳酸等的选择性较差，且带来环境污染问题。本研究利用过渡金属盐vcl3催化纤维素的降解，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、乳酸、乙酰丙酸的催化反应信息。

2. 研究内容和预期目标

研究内容

技术要求：学会过渡金属盐vcl3催化纤维素的反应操作、产物分析、反应条件优化等。

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、乳酸等的选择性较差，且带来环境污染问题。本研究利用过渡金属盐vcl3催化纤维素的降解，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、乳酸、乙酰丙酸的催化反应信息。

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：VCl3

反应器：30mL高压反应釜

溶剂：去离子水

有机相：正丁醇

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X g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）

量取X ml有机相（正丁醇）

纤维素为底物

纤维素为底物

1.3 产物分析

1.3.1葡萄糖分析

色谱柱：Prevail carbohydrate ES column（250×4.6mm）

检测器：蒸发检测器（ELSD）

流动相：25%蒸馏水 75%CH2CN

1.3.2HMF分析

色谱柱：C18 agilent column（250×4.6mm）

检测器：紫外线波长检测器

流动相：PH=2的蒸馏水 无水CH2OH

1.3.3有机酸分析

色谱柱：Prevail Organic Acid column

检测器：紫外检测器

流动相：稀H2SO4（0.05mol/L）

1.4结果讨论

通过高压反应釜考察过渡金属VCl3离子水相催化纤维素在不同浓度、温度和反应时间下

2.降解产物：低聚葡萄糖及其分布（液相色谱）

3.产物：乳酸、乙酰丙酸的生成（液相色谱）

4.产物：5-甲基糠醛（液相色谱）

4. 参考文献

1. armisen, r. 1991. agar and agarose biotechnological applications. hydrobiologia. 221, 157-166.

2. yan, l., laskar, d.d., lee, s., yang, b. 2013. aqueous phase catalytic conversion of agarose to 5-hydroxymethylfurfural by metal chlorides. rsc advances, 2013, 3, 24090-24098.

3. marinho-soriano., 2001. agar polysaccharides from gracilaria species (rhodophyta,

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、产物分析；