立项功能化离子液体的设计合成及其在木质素解聚当中应用研究

指导老师：李雪辉教授项目负责人：廖漠琛项目组成员：郑杰伟，方泳华，邓洁化学与化工学院2015年05月功能化离子液体的设计合成及其在木质素解聚当中的应用研究1.选题背景与研究内容2.可行性分析与创新点3.成员分工与进度安排4.经费预算与预期成果目录2选题背景与研究内容3选题背景4

由农业、林业和工业生产所产生的残渣当中的木质纤维素生物质是一种储量丰富的可再生资源，是获取清洁能源和高附加值化学品的重要原料。随着化石燃料的不断消耗，从生物质资源中提取化学品用于替代部分原油将显得越发迫切。

生物质当中的木质素是自然界芳香族化合物的主要来源，然而当前大部分木质素被用于焚烧等低价值利用，因此通过生物精炼方法将其转化为高附加值化学品无疑是对生物质利用的重要举措。

国内外研究现状：对于催化氧化的研究已成为木质素降解的重要研究方向。目前已研究出多种均相/多相催化方法，但缺乏对其商业化应用的实例。同时催化方法本身亦存在催化效率不高、缺乏选择性等问题。选题背景部分已报道的木质素解聚催化剂一览较为常见的催化剂：金属离子、金属氧化物、多金属酸盐、复合金属氧化物等近年来研究较多的：有机催化剂（部分见下图）Co(salen)螯合物金属钒螯合物有机铼氧化物DDQ5有机催化剂

优点：反应条件温和（多在273K-363K之间）；产率较高；选择性好；所用氧化剂符合“绿色化学”的理念（以氧气或过氧化氢为氧化剂）。

缺点：反应完以后催化剂的分离较为困难且损失较严重；催化剂制作成本较高；部分催化剂溶解时所需溶剂条件较苛刻。选题背景

离子液体（IonicLiquids,一般缩写为ILs）是一类熔点低于100oC或者接近室温的有机盐，相比于传统的液体，离子液体具有非常低的挥发性、低易燃性、高热稳定性、可忽略的蒸气压、宽的液态温度区间、可调控的对极性非极性物质的良好溶解性。

在催化反应当中，离子液体被用作溶剂并呈现出了良好的性质。而作为一种催化剂，离子液体可以作为质子酸的替代品，并且本身兼具均相催化剂和多相催化剂的优点。

离子液体同时作为溶剂和催化剂的实验已有过相关研究，2012年，Blair等人做了关于借助[Hmim]Cl（1-H-3-甲基咪唑氯）同时完成溶解和催化氧化的报道。然而，对于如何设计功能特异性的离子液体以构建溶解-催化平衡体系直接催化解聚木质素依旧存在挑战。

6研究内容

本项目拟通过文献调研，并结合实验室已有的研究成果，设计优化新型功能化离子液体的合成方案，合成出一系列新型功能化离子液体并对于其性能做相应的测试。

下一步，通过模拟实验与实践实验相结合，研究已合成的离子液体在木质素催化解聚当中的应用,研究不同因素对于反应产率和选择性的影响，由此设计出最优化的实验方案。7ILsILs可行性分析与创新点8可行性分析在离子液体引入活性基团从而制备功能化离子液体已经成熟离子液体在生物质精炼当中的应用已有较大的突破本校部分课题组在功能化离子液体合成、木质素的预处理和催化降解等方面有过较多的研究经验理论可行9学校能够提供成熟的仪器条件与实验环境。研究可行设备可行创新点将有机催化氧化与离子液体相结合，直接构建集溶解与催化一体的反应体系达到解聚的目的，有望提高木质素的转化效率将活性基团通过有机合成方法引入离子液体，并结合催化氧化反应机理对于阴离子进行改性，从而制备出新型的功能化离子液体对于催化氧化反应相关的性能与木质素生物质的结构相结合，对于其构效关系进行分析10成员分工与进度安排11成员分工廖漠琛主要负责整体实验进程的把握与规划、分配成员工作。负责设计实验方案、带领实验、准备论文等。郑杰伟借助计算机辅助设计优化实验方案，完成实验操作、数据采集等。方泳华协助完成实验操作，同时负责材料购置、财务管理等事务性工作。邓洁完成实验操作，负责完成产品表征、文献查阅等工作。12进度安排2015.06-2015.07调研文献，设计实验方案、合成路线，并完成初期的准备工作2015.08-2015.12完成离子液体的合成与相应的表征，并初步进行木质素催化降解实验2016.01-2016.04进一步探究反应机理，设计并改进实验方案，完成对木质素的催化氧化降解实验2016.05-2016.06整理实验数据，适当补充实验，完成研究报告并撰写论文13经费预算与预期成果14经费预算支出项目金额（元）计算根据及理由1.科研业务费2000

（1）测试/计算/分析费600结构性能等的测试分析（2）能源/动力费1000实验耗电等能耗（3）出版物/文献/信息费200文献资料查询（4）其它200打印、复印2.实验材料费6000

（1）原材料/试剂/药品购置费5000购买反应原材料（离子液体、木质素、合成所需原料等）（2）其它1000仪器设备使用3.小型仪器设备费1000制备材料用小型仪器设备4.专家咨询费10