纤维素催化转化制备多元醇和
镍基金属氧化物催化转化纤维素制多元醇的研究
镍基金属氧化物催化转化纤维素制多元醇的研究镍基金属氧化物催化转化纤维素制多元醇的研究近年来，随着环境污染和能源危机的日益严重，可再生资源得到了越来越多的关注和研究。
作为一种广泛存在于植物细胞壁中的可再生资源，纤维素具有丰富的来源和广阔的应用前景。
其中，多元醇是一类重要的产物，被广泛应用于日用品、化妆品、涂料等领域。
因此，发展一种高效转化纤维素制多元醇的方法具有重要意义。
在过去的研究中，贵金属催化剂被广泛应用于纤维素的转化过程中。
然而，贵金属资源有限且成本昂贵，限制了其在工业生产中的应用。
因此，寻找一种廉价、高效的替代催化剂是研究的重点之一。
镍基金属氧化物作为催化转化纤维素的新型催化剂在近年来备受关注。
与贵金属催化剂相比，镍基催化剂具有成本低、资源丰富的优势。
此外，镍基催化剂在转化纤维素过程中具有高效、环境友好等特点。
最近，研究人员发现，镍基催化剂的活性可通过改变催化剂制备方法和催化剂组成来调控。
例如，研究者利用化学共沉淀等方法制备了镍基催化剂，并将其应用于纤维素转化制备多元醇的反应中。
实验结果表明，催化剂的组成和制备方法对其催化性能有着重要影响。
此外，研究者还通过表面改性和载体调控来提高镍基催化剂的催化性能。
例如，在催化剂表面引入不同尺寸和形貌的金属纳米颗粒，可以提高催化剂的催化活性和稳定性。
总的来说，镍基催化剂在纤维素转化制备多元醇的研究中具有重要的应用前景。
未来的研究可以从以下几个方面展开：首先，进一步改进镍基催化剂的制备方法，提高其催化性能和稳定性。
其次，深入研究镍基催化剂的催化机制，揭示其在纤维素转化反应中的作用。
最后，探索镍基催化剂在其他可再生资源转化中的应用，拓宽其应用范围。
综上所述，镍基催化剂是一种具有潜力的替代催化剂，可用于纤维素转化制备多元醇的反应中。
随着对镍基催化剂的深入研究，相信它将在可再生资源转化领域发挥重要作用，为解决能源和环境问题提供新的解决方案镍基催化剂在纤维素转化制备多元醇的反应中具有诸多优势，如高效和环境友好。
硝化纤维素和多元醇硝酸酯反应方程式
硝化纤维素和多元醇硝酸酯反应方程式
硝化纤维素是一种高聚物，它可以通过与多元醇硝酸酯反应来制备。
这个反应过程是一个酯化反应，可以用以下方程式来描述：
（C6H10O5）n + 3nHNO3 + nH2SO4 → (C6H7(NO2)3O5) n + 3nH2O + nHSO4
在这个方程式中，（C6H10O5）n代表纤维素的化学式，n表示纤维素的重复单元数。
HNO3代表硝酸，H2SO4代表硫酸。
方程式右侧的（C6H7(NO2)3O5）n代表硝化纤维素，它是通过反应生成的产物。
反应中还生成了水和硫酸。
这个方程式说明了硝化纤维素和多元醇硝酸酯之间的酯化反应。
在这个反应中，硝酸起到了硝化纤维素的作用，将纤维素中的羟基（-OH）基团转化为硝基（-NO2）基团。
硫酸起到了催化剂的作用，促进反应的进行。
反应中生成的水和硫酸是副产物，它们在反应结束后需要从产物中去除。
这个反应是在化学工业中制备硝化纤维素的常用方法之一。
硝化纤维素具有很高的能量密度和爆炸性，因此在军事和民用爆炸物中得到了广泛应用。
此外，硝化纤维素还可以用作制备纸张、塑料、涂料等材料的原料。
总结一下，硝化纤维素和多元醇硝酸酯反应是一个酯化反应，通过这个反应可以将纤维素中的羟基转化为硝基，从而制备硝化纤维素。
这个反应的方程式可以描述反应的化学过程和生成物。
这个反应在化学工业中具有重要的应用，可以制备具有高能量密度和爆炸性的硝化纤维素。
木质纤维素催化转化制备能源平台化合物
Catalytic Conversion of Lignocellulose into Energy Platform Chemicals *
2 Yuan Zhengqiu1，
Long Jinxing1
Zhang Xinghua1
2 Xia Ying1，
＊ Wang Tiejun1＊
Ma Longlong1
· 104 ·
5羟甲基糠醛 5羟甲基糠醛 （ HMF ） 是一种重要的呋喃衍生 物， 作为一种可生产多类化学品与高品质液体燃料 的平台化合物近年来受到了国内外广泛的关注 ， 甚 ［8 ］ “沉睡的巨人 ” 。除了可以直接利用外， 至被誉为 HMF 还可以通过多种类型的基元反应进一步转化
成为不同用途的生物质液体燃料或燃料添加 ［9 ～ 11 ］ ， 5剂 如由 HMF 转化制备的 2 ， 二甲基呋喃及 2， 5二羟甲基呋喃等， 可以作为燃料添加剂； 在固体 ， 碱的催化作用下 与丙酮发生醇醛缩合反应或自缩 合反应， 再经过加氢 / 加氢脱氧反应制备 C9 ～ C15 的长直链烷烃； 在酸催化的条件下， 与乙醇反应制备
Lignocellulose can be converted into platform chemicals by different catalytic conversion methods． These platform chemicals can be further refined into high valueadded liquid hydrocarbon fuels through elementary reactions．
gas effect，extensive research and development programs have been initiated w orldw ide to convert biomass into valuable products for future biofuels and chemicals． The conversion of lignocellulose into platform chemicals has attracted more attention in recent years． During this process，cellulose and hemicellulose can be high selectively converted into soluble sugars in the presence of catalysts，and the soluble sugars are subsequently converted into w idely used platform molecules，such as furanbased chemicals，polyols，organic acid and its ester derivatives． These platform molecules can be further refined into high valueadded liquid hydrocarbon fuels through elementary reactions，w hich are important alternatives to fossil fuel． The catalysts used for the transformation of lignocellulose into various platform chemicals mainly include liquid acid， solid acid， ion liquid and multifunctional materials，w hich play an important role in the catalytic process． Based on the present research situation，this review provides new insights into the accomplishments in recent years in the chemocatalytic technologies to generate energy platform chemicals from lignocellulosic biomass，w ith an emphasis on various kinds of catalytic routes and their existing problems and possible solutions． Finally ，the future research and development trend in the field is prospected．
纤维素催化氢解制取多元醇的研究进展
H2SO4 和 Ru/C
2 α 纤维素
H4SiW12O40 和 Ru/C
3
球磨微晶纤维素 H4SiW12O40 和 Ru/C
4
球磨微晶纤维素 Cs3.5SiW 和 Ru/C
5 微晶纤维素
球磨解聚+Ru/C
6 微晶纤维素
高温水和 Ru/C
注：氢气压力均为室温下的压力。
160℃, 5 MPa H2, 1 h 160℃, 5 MPa H2, 7 h 190℃, 5 MPaH2, 0.33 h 190℃, 5 MPaH2, 48 h 150℃, 5 MPa H2, 1 h 245℃, 6 MPa H2, 0.5 h
纤维素催化氢解制取多元醇的研究进展407112纤维素直接氢解制山梨醇和甘露醇由于耦合水解反应和加氢反应制山梨醇和甘露醇中使用的液体酸催化剂存在污染环境和催化剂回收难等问题近年来研究人员研究了使用固体催化剂来制取山梨醇和甘露醇
第3卷 第6期 2015 年 12 月
新能源进展
ADVANCES IN NEW AND RENEWABLE ENERGY
的研究趋势。
关键词：纤维素；催化氢解；多元醇；反应机理
中图分类号：TK6；TQ211
文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.2095-560X.2015.06.001
Advances in Polyols Production by Catalytic Hydrogenolysis of Cellulose
摘 要：化石资源日益减少和使用化石资源带来的气候与环境问题促使人们将目光转向可再生的生物质资源。由生
物质资源制备高附加值的化学品已成为国内外的研究热点。通过催化氢解将纤维素转化为多元醇化学品是一种可
_纤维素多相催化一步制备多元醇
2
纤维素一步制备糖醇
在双功能催化剂的作用下转化纤维素制备糖醇
的过程中 , 纤维素首先在双功能催化剂的酸性位上
图 2 利用纤维素制备不同多元醇的转化路径 Figure 2 Conversion route of cellulose into polyols
1425
2015 年 6 月
第 60 卷
第 16 期
当前 , 化学品的生产主要来源于不可再生化石 资源 (煤、石油和天然气 )的利用 , 然而随着全球经济 的快速发展 , 化石能源的过度消耗不仅降低了这些 不可再生能源的储量 , 而且导致了很严重的环境问 题 . 因此 , 为了解决上述难题 , 全世界的科学家开始 积极地探索能够取代传统化石能源的可再生能源 [1,2]. 生物质能由于广泛易得、廉价、碳中性等特点获得了 世界各国的高度重视和飞速发展 , 它主要由纤维素、 半纤维素和木质素组成 , 其中纤维素是生物质中含 量最丰富的组成成分 [3~5]. 与淀粉不同的是 , 它并不 能被人类所直接消化 , 所以它的使用并不会对人类 的食品供应产生负面影响 . 因此纤维素是未来制备 燃料和精细化学品的潜在能源之一 [6~8](图 1). 能够由纤维素合成的多元醇主要包括山梨醇和 甘露醇 (糖醇 )、异山梨醇、乙二醇和丙二醇 , 它们都 是非常重要的化工原料 . 目前山梨醇和甘露醇主要 来源于葡萄糖和果糖的加氢
进 展
素在多相催化作用下转化为高附加值多元醇的最新 进展 . 目前 , 一步多相催化转化纤维素制备多元醇是 最有效和最方便的路径 , 但是在这个过程中仍然有 很多挑战
[22]
萄糖经加氢反应可以生成糖醇 (山梨醇和甘露醇 ), 糖 醇可以经过连续 2 步脱水得到附加值更高的异山梨 醇 [24]; 葡 萄 糖 也 可 以 在 某 些 特 定 的 催 化 剂 上 经 历 C–C键的断裂 ( 即逆羟醛缩合反应 ) 得到乙醇醛 , 然后 乙醇醛进一步经过加氢反应可以得到乙二醇 [25]; 葡 萄糖在 L 酸或碱性条件的催化下经异构化反应可以 转化为果糖 , 果糖可以进行逆羟醛反应得到二羟基 丙酮 , 然后加氢得到 1,2- 丙二醇 [26]. 以上分步展示了 纤维素可以通过不同的基元反应最终得到多元醇, 在文献报道中大部分体系都可以在一种特定的多功 能催化剂下一步催化转化纤维素为不同的多元醇. 与多步反应相比 , 一步催化转化纤维素制备小分子 多元醇具有流程简单、设备投资小、易于工业化的优 势 . 本文综述了通过多相催化一步转化纤维素制备各 类多元醇的国内外最新研究进展 , 包括转化纤维素为 山梨醇和甘露醇(糖醇)、异山梨醇、乙二醇和丙二醇.
生物基多元醇的制备及在可降解聚氨酯合成中的应用
生物基多元醇的制备及在可降解聚氨酯合成中的应用一、引言可降解聚氨酯是一种重要的生物材料，具有广泛的应用领域，如医疗器械、塑料包装、农药涂层等。
然而，传统的聚氨酯合成过程存在着环境污染、能源消耗大等问题，因此研究开发一种环境友好、可持续制备的生物基多元醇，并其在可降解聚氨酯中的应用具有重要的意义。
二、生物基多元醇的制备方法（一）油脂酸的脱羟化油脂酸是一种常见的生物基多元醇原料，其脱羟化反应可以制备生物基多元醇。
脱羟化反应通常采用催化剂，如盐酸、凹凸棒等。
具体实验条件需根据具体需要进行优化，如温度、反应时间和催化剂用量等。
（二）纤维素的水解纤维素是可再生资源中含量丰富的一种，其水解可以得到生物基多元醇原料。
纤维素的水解反应主要有酸水解和酶水解两种方法。
酸水解通常采用浓硫酸或盐酸作为催化剂，酶水解则使用纤维素酶。
（三）糖转化糖类是另一种常用的生物基多元醇原料，其转化可通过酵母发酵、微生物菌种等方式进行。
例如，蔗糖可通过酵母菌种进行酒精发酵得到乙醇，再通过一系列化学反应得到生物基多元醇。
三、可降解聚氨酯的合成可降解聚氨酯由多元醇和异氰酸酯以及链延长剂等组成。
生物基多元醇可以作为可持续制备可降解聚氨酯的重要原料，其通过反应与异氰酸酯发生缩合反应，形成酯键结构。
合成可降解聚氨酯的过程中，可以根据需要调整多元醇和异氰酸酯的摩尔配比、链延长剂的种类和量等，以调控聚氨酯的性能。
此外，还可以引入其他功能单体，如乙醇酸、醋酸等，来改善聚氨酯的降解性能和应用性能。
四、生物基多元醇在可降解聚氨酯合成中的应用生物基多元醇在可降解聚氨酯合成中的应用主要表现在以下几个方面：（一）降解性能的调控生物基多元醇在可降解聚氨酯合成中可以通过调控其分子结构和摩尔比例，从而调节聚氨酯的降解速度。
例如，引入具有水解性的酯键结构或插入丙交酯单体可以提高聚氨酯的降解速率。
（二）应用领域的拓展生物基多元醇的引入可以拓展可降解聚氨酯的应用领域。
例如，将生物基多元醇与其他化合物进行共聚反应，可以获得具有特殊功能的可降解聚氨酯材料。
非晶态合金NiWB催化转化纤维素制备多元醇研究
后 ，研 究者 相继 制 备 了系列 Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｕ等修 饰 的 ｗ 基双 金 属催 化剂 ，这 些催 化 剂 在纤维 素 催化 转化 制 备 乙二醇 中均 显示 出较 高 的催 化活 性 ， 乙二醇 收率 达到 ５Ｏ％～７６％【 ８ｌ。
非 晶态 合金 是一 种 具有 长程 无序 而 短程 有序 的热 力 学亚 稳态
结 构 的新 型催 化 材 料 ，具有 催化 活性 高 、选 择性 好等 特 点 ，其催 化性 能优 于 相应 的 晶态 材料 ，近 年 来被 广泛 应 用于 催化 加氢 、 氧 化 、异构 化等 反应 中［９－ｉ０１，但在 纤 维素 催化 转化 反 应 中报道 较少 。
液 体烃 燃料 或 一些 高 附加 值的 化学 品或 化 学 中间体 ，并正 在成 为 新 一 代的 能源 平台 化合 物【，－］】。
目前 ，纤 维素 催化 转 化制 备多 元 醇的 研究 热 点主 要是 采用 贵
金 属催 化 剂 ，如 Ｐｔ、Ｒｕ和 Ｒｈ等【４ｊ和非 贵 金属 Ｎｉ、ｗ 基 催化 剂 。 在 非 贵金 属催 化剂 中 ，Ｎｉ—ｗ 系催 化 剂 以其 低成 本 、高活性 而 引起 研 究 者的 关注 ，并 且 ｗ 基催 化 剂对 纤维 素催化 转 化为 乙 二醇 具有
本 文在 前期研 究工作 基础 上 ，采用 化 学还 原法 制备 了 ＮｉＷＢ非 晶
态 合金催 化 剂 ，并 用于 纤维 素 的催 化加 氢反 应 中 ，考察 了还原 剂 硼氢 化 钠 ａＢＨ ）的浓 度对 ＮｉＷＢ合 金结 构 和性 能 的影 响。
纤维素的催化机制
纤维素的催化机制篇11.探索纤维素的催化奥秘纤维素，作为地球上最丰富的有机聚合物之一，一直以来都是科研领域的重点关注对象。
其在生物能源、材料科学等诸多领域都具有巨大的应用潜力。
而深入探究纤维素的催化机制，对于实现其高效转化和利用，具有至关重要的意义。
纤维素的催化原理复杂而精妙。
从化学层面来看，纤维素的催化过程主要涉及到化学键的断裂和重组。
纤维素分子由大量的葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成，要实现其转化，就需要打破这些坚固的化学键。
催化剂在此过程中发挥着关键作用，它们能够降低反应的活化能，使反应更容易进行。
在相关的化学反应过程中，水解反应是常见的一种。
通过特定的水解催化剂，如酸或酶，能够将纤维素分子中的糖苷键逐步水解，从而释放出葡萄糖单体。
以酸催化为例，浓硫酸等强酸可以有效地促进纤维素的水解，但同时也可能带来副反应和设备腐蚀等问题。
而酶催化则具有较高的选择性和温和的反应条件，但酶的成本较高且稳定性有待提高。
影响纤维素催化效果的因素众多。
首先是催化剂的种类和性质。
不同的催化剂具有不同的活性中心和催化机制，因此对纤维素的作用效果也各不相同。
例如，金属催化剂如钯、铂等在加氢反应中表现出色，能够将纤维素转化为多元醇等高附加值产品。
其次，反应条件如温度、压力、反应时间等也对催化效果产生显著影响。
过高或过低的温度、压力可能导致催化剂失活或反应不完全。
再者，纤维素的来源和结构也不容忽视，不同来源的纤维素其结晶度、聚合度等存在差异，从而影响其与催化剂的相互作用。
为了更清晰地说明不同催化剂在纤维素转化中的作用和效果，我们以纤维素加氢转化为山梨醇为例。
使用钯碳催化剂，在适当的温度和压力下，纤维素的转化率可以达到80%以上，山梨醇的选择性也能达到较高水平。
而当采用镍基催化剂时，虽然成本较低，但转化率和选择性可能相对略逊一筹。
目前，纤维素催化机制的研究取得了一定的进展。
众多科研团队在催化剂的设计与合成、反应工艺的优化等方面不断探索和创新。
纤维素类生物质合成多元醇的研究进展
ＷＡ ｎ—ｌｎ ＮＧ ｆ —ｏ ｇ ｉ
（ ａ ｏ ａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇＲ ｓａｃ ｅｔｒ ｏ Ｎ ｎ— ｏｄＢｏｅ ｎｒ ， Ｎ ｔ ｎｌ ｎｉ ｅ ｎ ｅｅｒｈＣ ｎｅ ｒ ｏ ｆ ｉ ｆ ｅｙ ｉ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒｉ Ｇ ａｇｉ ｃｄｍｙｏ ｃ ｎｅ ，Ｇ ａ ｇｉ ａ ｎｎ ３ ０ ７ Ｃ ｉａ ｕｎ ｘ Ａ ａ ｅ ｆ ｉ ｃｓ ｕ ｎｘ Ｎ ｎ ｉｇ５ ０ ０ ， ｈｎ ） Ｓｅ
当前 ， 化石 能源诸如 煤 、 石油 、 天然气 等是 人类所 消 费 的主 要能源 ， 由于过度开发利用不但使这些不 可再生能源渐趋 枯竭 ， 而且还带来 了诸如温室效应 、 水体污染等一 系列环境污染 问题 ， 迫使人类的能源结构亟待从 以石化 能源为主 的模式 向以可再生 的能源为主的模式转化 。纤维素是 由葡萄糖通 过 Ｂ一１４一糖苷 ， 键 连 接 而 成 的 高 分 子 聚合 物 ， 是 自然 界 中最 为 丰 富 的 生 物 质 ， 也 属 于可 再 生 资 源， 年 大 约有 １ ５×１ 吨 经 光 合作 用 而合 每 ． ０ 成 …。对纤 维素 的催 化转 化研 究 不仅有 利 于可持 续发 展 的要 求， 对维护生态环境也有重要 意义 。 多元 醇包 括 山梨 醇 、 木糖 醇 、 露 醇 、 芽 糖 醇 、 油 和 乙 二 甘 麦 甘
纤维素制取乙二醇技术：为生物质转化提供新途径
龙源期刊网 纤维素制取乙二醇技术：为生物质转化提供新途径作者：夏爽来源：《发明与创新(综合版)》2009年第01期中科院大连化物所所长张涛研究员所在的研究组与美国特拉华大学教授陈经广合作完成的研究成果《镍促进的碳化钨催化剂催化转化纤维素制取乙二醇的研究》发表在近期出版的《德国应用化学》杂志上，并被选为该期封面文章。
日前，笔者从大连物化所获悉，此项成果已经申请了多项专利，陈经广教授的身份为大连化物所的客座教授，知识产权完全为大连化物所所有。
纤维素是自然界中最丰富的生物质资源，它不可食用，其大量使用不会带来粮食供应方面的负面影响。
因此，纤维素的转化和利用被认为是发展可持续能源的一条有效途径。
然而，纤维素同时也是最难水解的生物质。
传统上采用液体酸、碱或酶的方法首先将纤维素转化为葡萄糖，然后再将葡萄糖进一步转化为其他的能源或有机化学品，工艺路线长，且对环境有一定污染。
近年来，国际学术界开始尝试在贵金属的催化作用下将纤维素一步转化为六元醇的绿色转化路线，但由于该反应路线选择性低，昂贵的贵金属价格更是大大限制了该路线的工业化应用。
大连化物所研究人员利用碳化钨在涉氢反应中的类贵金属性质，首次尝试将廉价的碳化钨催化剂应用于纤维素的催化转化，发现活性炭担载的碳化钨催化剂不仅能像贵金属催化剂一样，将纤维素全部转化为多元醇，而且对乙二醇的生成表现出独特的选择性，尤其是在少量镍的促进下，乙二醇的吸收率高达61％。
此项目相关人员还介绍说，镍促进的碳化钨催化剂催化转化纤维素制取乙二醇中所使用的纤维素是商业化的产品，纯度很高。
而实际原料中，例如农作物秸秆，还含有其他组分，包括木质素、半纤维素等。
对于这些多组分原料的利用，此项目研究人员正在积极进行研究。
目前这项技术的主要产物还是集中在乙二醇上，乙醇的制备则可能需要不同的催化过程。
乙二醇是生产聚酯、汽车防冻液等最重要的化工原料，现在全球需求量接近2000万吨，并以每年约5％的速率递增。
微晶纤维素液化制备聚醚多元醇的研究
微晶纤维素液化制备聚醚多元醇的研究摘要：研究了微晶纤维素在以聚乙二醇400（PEG400）和一缩二乙二醇(DEG)为液化试剂,浓硫酸为催化剂的条件下的液化反应。
探讨了反应温度、液固比及催化剂用量等因素对液化反应的影响。
对液化产物进行了表征。
结果表明，微晶纤维素在PEG400中的液化率可达94%，所得液化聚醚多元醇羟值在280mgKOH/g左右，平均分子量为452g.mol-1，符合制备硬质聚氨酯泡沫塑料的原料要求。
关键词：微晶纤维素；液化；聚醚多元醇聚氨酯材料以其优异的性能已成为国民经济和人们生活的重要组成部分，但是其带来的负面影响是在消耗日益枯竭的石油资源的同时，产生大量污染环境的废弃物。
以可再生的天然高分子原料代替石油资源，生产环境友好型高分子材料是解决问题的有效方法之一[1]。
纤维素是地球上储藏量最大的天然高分子，作为可再生的资源其分子结构中含有丰富的羟基，理论上可以代替聚醚多元醇与异氰酸酯发生亲核加成反应制备聚氨酯材料。
但固体形式的纤维素仅在其颗粒表面有活性羟基可以参与化学反应，仅能作为填料使用。
要想完全代替多元醇组分必须通过各种手段将其液化为较低分子量的液态活性物质。
本文选用微晶纤维素作为原料，通过对其液化来制备聚醚多元醇，为下一步合成可生物降解聚氨酯材料提供了一定的理论与实验依据。
1 实验部分1.1 原材料聚乙二醇（PEG400）：分析纯，成都化学试剂厂；一缩二乙二醇（DEG）：分析纯，成都化学试剂厂；浓硫酸：分析纯，成都化学试剂厂；氧化镁：分析纯，成都化学试剂厂；无水氯化钙：分析纯，成都化学试剂厂；邻苯二甲酸酐：分析纯，成都联合化工试剂研究所；吡啶：分析纯，成都化学试剂厂；1,4-二氧六环：分析纯，成都联合化工试剂研究所；微晶纤维素（MCC）：工业级，西安北方惠安精细化工有限公司，在105℃下烘至恒重，保存在干燥器中备用。
1.2 仪器与设备常用玻璃仪器，绵阳信捷化学试剂有限公司；磁力搅拌器，EURO-STAR p.c.v型，IKA公司（广州）产品；PHS-3C型酸度计上海蓝凯仪器仪表有限公司；Waters 515-410型凝胶渗透色谱仪，美国Water公司；红外光谱仪，Nicolet-5700型，美国尼高力仪器公司?；1.3 微晶纤维素的液化液化采用酸催化方法。
催化水解纤维素制备高附加值化学物化工专业毕业论文
催化水解纤维素制备高附加值化学物摘要20 世纪以来，传统化石燃料的日趋枯竭加剧了世界范围内的能源紧张，开发新的可代替能源成为全世界面临的重大问题。
生物质主要包括农业生产的废弃物和剩余物、林木和草类，储量丰富，是世界上储量最为丰富的可再生资源，具有替代石油基产业的潜力。
纤维素是生物质的主要成分，它是由葡萄糖单元经beta-1,4 糖苷键链接而成，而每个葡萄糖链之间通过氢键链接形成了超分子结构，这种致密结构使得纤维素很难被降解。
本文主要从反应溶剂体系和催化剂分离体系的角度对纤维素水解这个重要的课题开展研究。
本研究在离子液体氯化1-乙基-3-甲基咪唑（[EMIM]Cl）、氯化1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM]Cl)、氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑（[AMIM]Cl）三种体系中直接转化纤维素制备HMF，考察了不同酸性催化剂、三氯化铬用量、纤维素浓度以及含水量对HMF 产率的影响. 以盐酸为催化剂，HMF 的产率达到50%. 同时尝试了以酸性的离子液体（[BMIM]HSO4）和（[BMIM] H2PO4）作为溶剂和催化剂直接催化水解纤维素。
对纤维素水解生成HMF 反应的动力学进行了研究并建立了简单的动力学模型，研究表明，总反应包括一个一级反应和两个连续的零级反应。
大量的研究致力于用酸和酶水解纤维素，但是从反应残余液中分离产物和催化剂非常耗能。
基于此生物质水解的实际过程，我们首次设计合成了磁性的固体酸催化剂以解决催化剂分离的问题，通过透射电镜分析、X-射线衍射分析和比表面积测定显示纳米四氧化三铁颗粒很好的被包裹在二氧化硅中，催化剂表现为高度有序的介孔结构。
在催化效果方面，催化剂对不同的生物质原料包括纤维二糖、淀粉、纤维素显示了较好的水解效果。
水解纤维二糖可以得到96%的葡萄糖，水解无定形纤维素50 %产率的葡萄糖。
为了证明该催化剂能够水解木质纤维素，我们选择未经处理的玉米芯为原料，得到45%的总还原糖产率。
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纤维素催化转化制备多元醇和5-羟甲基糠醛姓名：王静学号：2011207259 班级：工艺二班开题：煤炭、石油和天然气是支撑人类社会生活生存和发展的重要能源支柱。
随着1973年由于石油短缺引发的能源危机以及近期国际石油价格大幅上涨，已经让我们认识到能源并不是取之不尽用之不竭的。
同时因化石能源的过度消耗带来的环境污染问题也使得社会发展面临着巨大的压力。
在化石能源日益匾乏，环境保护彰显重要的形势下，如何发展新能源己经成为各国政府、专家、学者共同关注的焦点问题。
正是在这一形势下，人们开始关注生物质能源。
多元醇包括山梨醇、木糖醇、甘露醇、麦芽糖醇、甘油和乙二醇等CZ一C6的多轻基化合物。
传统的多元醇制备原料多源于石油和天然气等资源，但随着石油、天然气等资源的日渐短缺和人们环保意识的增强，且相当一部分可再生的生物质资源可以用来制备多元醇，使得生物质多元醇的研究越来越多地受到人们的关注。
在最初阶段，多元醇多用于食品和医药等行业，随着人们对多元醇的逐步重视和工业技术的进步，多元醇现在己广泛应用于制备聚氨醋材料、烷烃、氢气、燃油以及化工中间体等领域上，成为新一代的能源平台。
2004年，美国能源部在一份报告中将甘油和山梨醇等多元醇列为在未来生物质开发过程中最为重要的12种“ buildingblock”分子，可见从纤维素出发制备多元醇的意义非常重大。
2006年，Fukuoka等人利用固体酸(Y一A12o3或A一203一5102等)担载金属Pt或者Ru为催化剂，在水相中463K实现了纤维素的催化转化。
在Pt/A12O3双功能催化剂上转化纤维素生产30%产率的六碳醇。
采用环境友好的固体酸来替代传统的液体酸，同样可以实现糖普键水解以及金属催化剂的加氢，但在产物分离以及催化剂的循环利用上已经取得了很大改善，其采用的不同固体酸的催化反应北京大学刘海超教授等人发展了利用高温水原位产生的酸催化纤维素水解同时结合Ru/C催化剂催化氢化葡萄糖一步法生产碳六多元醇的过程。
该反应过程在5l8K下六碳多元醇的产率能达到23.2%，而且高温水原位产生的酸在低温时消失对环境友好，成本低，无污染。
Ru/C催化剂在这个反应过程中的催化活性要超过Pt/A1203，因为相比Pt，Ru是更好的C=0双键氢化催化剂。
，反应过程分为两部分，首先，纤维素在高温水原位产生的酸催化下水解成葡萄糖，葡萄糖在Ru/C的继续作用下，直接加氢还原生成碳六多元醇。
中国科学院大连化学物理研究所的张涛教授研究组进一步改善了纤维素的水解体系，在518K，采用添加Ni的活性炭作为载体担载WZC，高效的实现了纤维素的催化转化，产物乙二醇的选择性高达70%以上，反应后催化剂可多次循环使用而且仍然保持着很高的活性。
WZC是类Pt的催化物质，而在在C一C键断裂过程中有很好的促进作用。
从纤维素出发，经Ni一WZC/AC体系催化，最后转化为乙二醇的反应过程与纤维素水解生成六碳醇的过程相似，首先都是纤维素水解生成单糖(葡萄糖)，接下来单糖在催化剂的催化作用下转化为乙二醇。
此反应过程脱离了贵金属的使用，效率非常之高，是真正有望实现纤维素转化工业化进程的途径。
二．实验部分：由于对实验课题的了解不充分，既然本次作业的要求是分析测试仪器在催化剂及产物表征中的应用，所以下面所提到的纤维素水解，本可提是在借鉴师兄给一篇的博士论文的基础上完成的。
与试验室的课题基本上一致。
在整个的分析测试过程中用到的仪器包括SEM、XRD、TEM、化学吸附仪、HPLC-MS等，下面就其基本原理及应用做如下的介绍：1、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜的简称为扫描电镜，英文缩写为SEM（Scanning Electron Microscope）。
SEM与电子探针（EPMA）功能和结构基本相同，但SEM一般不带波谱仪（WDS）。
它是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或端口形貌进行观察和分析。
将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体。
表面的立体构想，可摄制成照片。
现在SEM都与能谱（EDS）组合，可以进行成分分析。
所以，ＳＥＭ也是显微结构分析的主要仪器，已广泛用于材料、冶金、矿业、生物学等领域。
（1）扫描电镜的工作原理及特点。
扫描电镜的工作原理与闭路电视系统相似图一：扫描电镜成像示意图。
工作原理由最上边电子枪发射出来的电子束，经栅极聚焦后，在加速电压作用下，经过二至三个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子束会聚成一个细的电子束聚焦在样品表面。
在末级透镜上边装有扫描线圈，在它的作用下使电子束在样品表面扫描。
由于高能电子束与样品物质的交互作用，结果产生了各种信息：二次电子、背反射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子、阴极发光和透射电子等。
这些信号被相应的接收器接收，经放大后送到显像管的栅极上，调制显像管的亮度。
由于经过扫描线圈上的电流是与显像管相应的亮度一一对应，也就是说，电子束打到样品上一点时，在显像管荧光屏上就出现一个亮点。
扫描电镜就是这样采用逐点成像的方法，把样品表面不同的特征，按顺序，成比例地转换为视频信号，完成一帧图像，从而使我们在荧光屏上观察到样品表面的各种特征图像。
（2）主要性能参数和特点A 放大倍率高从几十放大到几十万倍，连续可调。
放大倍率不是越大越好，要据有效倍率和分析样品的需要进行选择。
如果放大倍率为M，人眼分辨率为0.2mm，一起分辨率为5nm，则有效放大率M=0.2×106nm÷5nm=40000倍。
如果高于40000倍的放大倍率。
不会增加图像细节，只是虚放，一般无实际意义。
放大倍率是由分辨率制约，不能盲目看仪器放大倍率指标。
B分辨率高分辨率指能分辨的两点之间的最小距离。
分辨率d可以用贝克公式表示：d=0.61λ/nsinα，α为透镜孔径半角，λ为照明样品的光波长，n为透镜与样品间介质折射率。
对光学显微镜α＝70︒－75︒，n=1.4。
因为 nsinα<1.4，而可见光波长范围为：λ＝400nm-700nm ，所以光学显微镜分辨率 d≅0.5λ，显然 d >200nm。
要提高分辨率可以通过减小照明波长来实现。
SEM是用电子束照射样品，电子束是一种De Broglie波，具有波粒二相性，λ＝12.26/V0.5(伏) ，如果V＝20kV时，则λ＝0.0085nm。
目前用W灯丝的SEM，分辨率已达到3nm-6nm, 场发射源SEM分辨率可达到1nm 。
高分辨率的电子束直径要小，分辨率与子束直径近似相等。
C、景深D大景深大的图像立体感强，对粗糙不平的断口样品观察需要景深的SEM。
SEM的景深△f可以用如下公式表示：△f=（0.2/M-d）D/a式中D为工作距离，a为物镜光阑孔径，M为放大倍率，d为电子束直径。
可以看出，长工作距离、小物镜光阑、低放大倍率能得到大景深图像。
一般情况下，SEM景深比TEM大10倍，比光学显微镜（OM）大100倍。
如10000倍时,TEM :D ＝1μm，SEM:10μm, 100倍时，OM:10μm，SEM=1000μm。
D、保真度好样品通常不需要任何处理即可以直接进行观察，所以不会由于制样原因而产生假象。
这对端口的失效分析特别重要。
E、样品制备简单样品可以是自然面、断口、块状、粉体、反光及透光光片，对不导电的样品只需蒸镀一层20nm的导电膜。
另外，现在许多SEM具有图像处理和图像分析功能。
有的SEM加入附件后，能进行加热、冷却、拉伸及弯曲等动态过程的观察。
F、作用体积电子束不仅仅与样品表层原子发生作用，它实际上与一定厚度范围内的样品原子发生作用，所以存在一个作用“体积”。
作用体积的厚度因信号的不同而不同：欧革电子：0.5～2纳米。
次级电子：5λ，对于导体，λ=1纳米；对于绝缘体，λ=10纳米。
背散射电子：10倍于次级电子。
特征X射线：微米级。
X射线连续谱：略大于特征X射线，也在微米级。
（3）主要应用扫描电镜是一种多功能的仪器、具有很多优越的性能、是用途最为广泛的一种仪器．它可以进行如下基本分析：A、观察纳米材料所谓纳米材料就是指组成材料的颗粒或微晶尺寸在0.1-100nm范围内，在保持表面洁净的条件下加压成型而得到的固体材料。
纳米材料具有许多与晶体、非晶态不同的、独特的物理化学性质。
纳米材料有着广阔的发展前景，将成为未来材料研究的重点方向。
扫描电镜的一个重要特点就是具有很高的分辨率。
现已广泛用于观察纳米材料。
B、进口材料断口的分析扫描电镜的另一个重要特点是景深大，图象富立体感。
扫描电镜的焦深比透射电子显微镜大10倍，比光学显微镜大几百倍。
由于图象景深大，故所得扫描电子象富有立体感，具有三维形态，能够提供比其他显微镜多得多的信息，这个特点对使用者很有价值。
扫描电镜所显示的断口形貌从深层次，高景深的角度呈现材料断裂的本质，在教学、科研和生产中，有不可替代的作用，在材料断裂原因的分析、事故原因的分析以及工艺合理性的判定等方面是一个强有力的手段。
C、直接观察大试样的原始表面它能够直接观察直径100mm，高50mm，或更大尺寸的试样，对试样的形状没有任何限制，粗糙表面也能观察，这便免除了制备样品的麻烦，而且能真实观察试样本身物质成分不同的衬度（背反射电子象）。
D、观察厚试样其在观察厚试样时，能得到高的分辨率和最真实的形貌。
扫描电子显微的分辨率介于光学显微镜和透射电子显微镜之间，但在对厚块试样的观察进行比较时，因为在透射电子显微镜中还要采用复膜方法，而复膜的分辨率通常只能达到10nm，且观察的不是试样本身。
因此，用扫描电镜观察厚块试样更有利，更能得到真实的试样表面资料。
E、观察试样的各个区域的细节试样在样品室中可动的范围非常大，其他方式显微镜的工作距离通常只有2-3cm，故实际上只许可试样在两度空间内运动，但在扫描电镜中则不同。
由于工作距离大（可大于20mm）。
焦深大（比透射电子显微镜大10倍）。
样品室的空间也大。
因此，可以让试样在三度空间内有6个自由度运动（即三度空间平移、三度空间旋转）。
且可动范围大，这对观察不规则形状试样的各个区域带来极大的方便。
F、在大视场、低放大倍数下观察样品用扫描电镜观察试样的视场大。
在扫描电镜中，能同时观察试样的视场范围F由下式来确定：F=L/M式中F——视场范围；M——观察时的放大倍数；L——显象管的荧光屏尺寸。
若扫描电镜采用30cm（12英寸）的显象管，放大倍数15倍时，其视场范围可达20mm，大视场、低倍数观察样品的形貌对有些领域是很必要的，如刑事侦察和考古。
F、进行从高倍到低倍的连续观察放大倍数的可变范围很宽，且不用经常对焦。
扫描电镜的放大倍数范围很宽（从5到20万倍连续可调），且一次聚焦好后即可从高倍到低倍、从低倍到高倍连续观察，不用重新聚焦，这对进行事故分析特别方便。