随着化石资源的迅速消耗和环境问题的日益严重,开发和利用可再生能源越来越引起全世界的关注。目前,世界范围内关于以单糖(葡萄糖、果糖)为原料,制备高附加值平台化合物(如5-羟甲基糠醛)已经取得了诸多进展。在成功实现单糖高效和快速转化的基础上,利用多糖一锅转化为5-羟甲基糠醛(HMF)对降低工业生产成本具有重要意义。纤维素和菊糖分别是由葡萄糖单元和果糖单元组成的大分子多糖,其在自然界中储量丰富,具有潜力作为原料进行生物质加工提炼。本论文探索了离子液体中,利用磺化无定形炭催化纤维素的水解以及菊糖制备HMF的方法,主要研究内容如下：(1)以蔗糖、葡萄糖和果壳活性炭为原料,96-98%浓硫酸为磺化试剂,制备了磺化无定形炭,应用SEM、FT-IR、XPS和元素分析等手段对磺化炭催化剂进行了表征。结果表明,-S03H基团被成功引入到炭材料上,以果壳活性炭为碳源制备的催化剂单位质量上的酸量最低。(2)以离子液体1-丁基-3甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)作为溶剂,研究了磺化无定形炭催化纤维素水解的反应性能。对加水量、催化剂种类、催化剂用量、重复利用以及反应温度和时间对纤维素水解的影响进行了考察。结果表明,在120℃下,以蔗糖为碳源制备的磺化无定形炭为催化剂(SC-SO3H),纤维素和催化剂的质量比为2：1,反应4h,加水量150μl(30min内分4次加完)时,葡萄糖的收率和产物的总收率分别可达56.5%和79.3%。反应后回收的催化剂通过酸洗再生可以重复利用。(3)以离子液体[BMIM]Cl作为溶剂、SC-SO3H为催化剂,可以实现菊糖一锅法转化制HMF。反应温度为100℃,催化剂与菊糖质量比为1：3,R=5(R为加水量与菊糖中所含果糖单元的物质的量的比值),反应60min, HMF的最高收率达50.0%。
