过渡金属盐催化生物质衍生纤维素制备降解塑料前体 HMF的研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着世界人口的增长和科学技术的提高，人们对煤、石油、天然气等资源的需求也在不断增长，石化能源作为一次性能源，被广泛运用于各行各业，目前我国石化资源能源在世界上拥有量仅为石油1.2%、天然气1.3%、煤13.9%。然而，大量的化石能源由于过度采集和消耗，环境遭到了严重破坏的同时，这些不可再生资源已经处于面临枯竭的窘迫局面。因此，环境污染和资源短缺已经影响到全球的经济发展，寻找一种储量丰富、成本低、绿色无污染的可持续性代替能源成了当今社会亟需解决的问题之一。

生物质是一种可持续性资源，具有数量巨大、价格低廉、可被微生物降解的优点。植物类的生物质有木材、杂草、藻类等，非植物类的生物质包括动物粪便、垃圾中的有机成分等。因此有许多科学家提出可以考虑使用生物原料制造脂类塑料来代替石化塑料，这样化学合成工业将会大大降低对石油的依赖，不仅能够解决坏境污染和能源匮乏的问题，还可以促进产业发展。而其中最为关键的一步，便是将生物质转化为5-羟甲基糠醛。

目前，较常用的5-羟甲基糠醛制备方法主要为生物质水解法。在酸性条件下，己糖在溶液中先异构化成1，2-烯二醇，再进行脱水操作得到hmf，但从经济因素层面考量，以这种方法难以进行大规模的工业化生产。而纤维素作为自然界中含量最高的生物质组分（30%～50%），经过水解可以得到糖类物质。另外，据国内外文献及相关报道，纤维素一步法制备5-羟甲基糠醛也取得了一定进展，可以省去中间步骤从而使效益最大。所以探索纤维素高效快捷低成本的制备5-羟甲基糠醛具有重要的经济价值。

2. 研究内容和预期目标

技术要求：学会催化反应操作、过渡金属盐催化纤维素反应产物分析、表征及降解路径阐述等。

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。纤维素催化降解可生成多种高附加值产物如5-羟甲糠醛（hmf）等。本研究利用过渡金属离子fecl3, cucl2, zncl2作为催化剂催化纤维素降解产hmf。重点考察三种过渡金属盐对纤维素的降解及转化率,目标产物hmf的产率及选择性。并删选制备hmf的最优催化剂。

3. 研究的方法与步骤

一、实验材料

底物：显微晶质纤维素（微晶纤维素，a-cellulose）

催化剂：f3cl₃、cucl₂、zncl₂

4. 参考文献

1.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.

2. yan, l., laskar, d.d., lee, s.-j., yang, b. 2013. aqueous phasecatalytic conversionofagarose to 5-hydroxymethylfurfural by metalchlorides.rsc advances, 3, 24090-24098.

3.张阳，陆强，廖航涛，董长青，杨勇平.2015.葡萄糖热解生成5-羟甲基糠醛机理.燃烧科学和技术. 21, 89-95. irradiation.tetrahedron letter, 50, 5403-5405.

5. 计划与进度安排

1、2022年12月23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；