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摘要：本论文主要针对水-四氢呋喃双相体系中葡萄糖转化制备5-羟甲基糠醛过程的建立和优化进行考察。依次考察反应温度、反应时间、HCl添加量和葡萄糖初始浓度对葡萄糖转化制备5-羟甲基糠醛过程的影响情况。主要采用单因素实验，详细分析了反应温度、反应时间、HCl添加量和葡萄糖初始浓度四个因素对该过程葡萄糖转化率以及5-羟甲基糠醛选择性的影响规律。49311
毕业论文关键词：葡萄糖、5-羟甲基糠醛、双相体系
Establishment and optimization of the preparation of 5-hydroxyl-methyl furfural from glucose in a two-phase system
Abstract: This thesis focuses on the establishment and optimization of the conversion process of glucose to 5-HMF process in two-phase system (water-tetrahydrofuran). The effects of reaction temperature, reaction time, HCl dosage and initial glucose concentration on the conversion of 5-HMF were investigated. The single factor experiment was used; the effect of reaction temperature, reaction time, HCl dosage and initial glucose concentration on the glucose conversion rate and 5-hydroxymethyl furfural selective was detailed analyzed.
Keywords: glucose, 5-hydroxymethyl furfural, biphasic system
1.1 前言
人类对于能源的需求与日俱增，但是随着煤、石油以及天然气等不可再生能源的储量日益减少，大部分不可再生能源的开发和利用过程造成了严重的环境污染问题，例如近几年来备受关注的雾霾问题，而生物质能是一种新型的绿色可再生能源，可避免对环境的污染。
5-羟甲基糠醛是一种黄色结晶粉末，分子结构如图1所示。5-羟甲基糠醛作为近年来研究热点的平台化合物，被美国能源部推荐为十二个生物能源化工中间体之一，成为沟通生物资源与化学工业的桥梁和纽带。5-羟甲基糠醛的化学性质活泼，可以通过氧化、氢化、酯化、缩合和水解等化学反应制备高附加值精细化工品、生物燃料、各类功能聚酯、化工原料及医药中间体等。
-羟甲基糠醛的分子结构图
目前工业上的5-HMF主要通过糠醛和甲醛的羟甲基化反应制备。该方法存在反应条件苛刻、原料价格相对较高等问题，无法实现工业上的大规模生产。直接以天然生物质（如纤维素）为原料制备5-HMF的研究结果表明该过程难度大、转化率低，因此近期内也无法实现工业化生产[1-2]。相比之下，由己糖为原料制备5-HMF被认为是更加可行的反应过程，且有望替代目前旧生产工艺（糠醛与甲醛的羟基化）成为生产5-HMF的新途径[3-7] 。
研究发现在制备5-HMF的过程中，以果糖为原料的收率较高，因此果糖被认为是制备5-HMF较为理想的原料[8-10]。Heeres等的研究工作中用水为反应介质、用硫酸作为催化剂、以果糖为原料、在140 ~ 180 ℃的条件下反应制取5-HMF，目标产物5-HMF的最高得率为53 %。但果糖价格比较昂贵，以果糖为原料仍然存在成本偏高的问题。然而葡萄糖来源广泛、廉价易得，用葡萄糖制备5-HMF的相关研究工作正是基于此开展的[11-12]。Wilson等用磺酸盐化氧化锆膜催化水相中葡萄糖转化制备5-HMF的反应过程，发现介孔SZ/SBA-15催化体系比无孔催化体系催化葡萄糖转化效率提高了3倍。Jimenez-Lopez等用介孔氧化钽催化体系催化葡萄糖转化制备5-HMF过程，于水-甲基异丁基酮双相体系中、175 ℃、反应90 min，以葡萄糖为原料，转化率和产物5-HMF得率分别为69 %和23 %。
1.2 葡萄糖制备5-羟甲基糠醛研究现状
近年来涌现出大量以葡萄糖为原料制备5-羟甲基糠醛的相关研究工作，按照介质的不同，可以分为水介质、有机溶剂、离子液体以及双相体系。