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纤维素催化转化制备多元醇和
5-
羟甲基糠醛<
/p>
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<
/p>
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<
/p>
等人利用固体酸
(Y
一
< br>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/A12
O3
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<
/p>
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，<
/p>
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
< br>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
N
i
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，
< br>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。
< br>
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、<
/p>
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
（
Sc
anning Electron
Microscope
）<
/p>
。
SEM
与电子探针（
< br>EPMA
）功能和结构基本相同，但
SEM
一般不带
波谱仪
（
WDS<
/p>
）
。
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、
< br>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
< br>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、<
/p>
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
×
10
6
nm
÷
5nm=
40000
倍。如
果高于
40000<
/p>
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=
0.61
?
/nsin
?
，
?
为透镜孔径半角，<
/p>
?
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
?
＝
70
?
－
75
?
，
n=1.4
。因为
nsin
??
1.4
，
而可见光波长范围为
：
?
＝
400nm-700nm
，所以光学显微镜分辨率
d
?
0.5
?
，
显然
d
?
200nm
。要提高分辨率可以通过减小照明波长来实现。<
/p>
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，
?
＝
12.26/V0.5(
伏
)
，
如果
V
＝
20kV
时，
则
?
＝
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<
/p>
为物镜光阑孔径，
M
为
< br>
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
＝
1
?
m
，
SEM:10
?
m,
100
倍时，
OM:10
?
m
，
SEM=1000
?
m
。
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。
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