多酸位离子液体催化木质纤维素降解制备生物基化学品乙酰丙酸的研究

以木质纤维素为原料，通过绿色化工技术制备造纸用化学品乙酰丙酸，是本世纪林业生物质化学资源化利用研究的重点之一。本项目拟设计、合成多酸位离子液体，完全溶解木质纤维素材料，克服高致密结构的确定，又能催化其降解和发生化学转化，生成生物基化学品乙酰丙酸，为造纸工业生产过滤纸提供重要基础原料。研究内容包括通过筛选离子液体和优化反应工艺，确立多酸位离子液体催化单糖转化乙酰丙酸的反应历程；探索多酸位离子液体溶解木质纤维素、催化其高效率转化成乙酰丙酸的机理；确立最佳反应工艺，为生物质绿色化工技术在制备造纸用化学品中的应用推广提供理论基础；利用离子液体的萃取能力，选择性分离产物乙酰丙酸。此均相体系能提高木质纤维素降解和转化的传质速率，多酸位催化剂具备更好的催化能力，离子液体取代腐蚀性酸的使用，并可重复利用，此研究为木质生物质制备造纸用基础化学品提供一个清洁、高效、绿色的技术支持。

本项目以木质纤维素为原料，通过绿色清洁技术制备造纸用化学品乙酰丙酸、平台化合物5-羟甲基糠醛、乳酸等，是本世纪林业生物质化学资源化利用研究的重点之一。研究结果主要表现在以下三个方面：.（1）.设计合成多种多酸位离子液体，通过Hammet方法测定其相对酸度，并在生物质高值化转化过程中检测其催化活性。主要包括离子液体溶解微晶纤维素，在均相体系中，结合Lewis酸催化剂，催化降解纤维素以及碳水化合物，使其转化为造纸用化学品乙酰丙酸，并系统研究了催化反应机理和优化反应工艺；.（2）.在绿色清洁水体系中，研究单糖脱水转化5-羟甲基糠醛和乙酰丙酸，系统考察了葡萄糖与果糖之间互变机制，并对Lewis酸催化剂InCl3催化单糖、二糖的脱水转化机理进行系统研究；.（3）.构建双相催化体系，在Lewis酸催化剂或微波辅助下，催化降解生物质基碳水化合物，包括木质纤维素、微晶纤维素、棉花、蔗糖，以及其进一步转化为生物质基化学品乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛以及乳酸等产品，系统的研究了双相体系催化和萃取原理、反应机理以及对反应工艺进行优化。