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乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛(5-HMF)是两种重要的化学中间体,其多种衍生物可用于燃料、医药、多功能材料等众多领域,被美国能源部评为12种大生物基平台化学品之一。本文合成了四种可生物降解的深度共熔溶剂(DESs),测定了其物理性质并探究了以其为溶剂对纤维素的降解效果。在DESs/甲基异丁基甲酮(MIBK)两相体系中以金属氯化物为催化剂催化降解两种不同原料微晶纤维素和纳米纤维素制备5-HMF和乙酰丙酸,对影响产物产率的因素进行了测定,并对以两种不同原料制备目标产物的体系进行了对比。研究内容和实验结果如下:(1)合成的四种DESs的熔点比任一组分的熔点都低。在四种DESs中,O-DES含水量最高,其次是T-DES和M-DES。在四种DESs中,O-DES对纤维素的溶解度是最高的,因为O-DES粘度最小,而且合成O-DES的原料草酸是有机强酸,酸性环境有利于纤维素的溶解。DESs粘度与纤维素溶解度成反比,粘度越小,溶解度越大;DESs电导率与纤维素溶解度成正比,电导率越大,纤维素溶解度越大。通过FTIR、SEM和XRD测试方法可以得出DESs溶解纤维素的理论机制。DES对纤维素的溶解是破坏纤维素的不定型区和分子内分子间氢键,纤维素晶型由典型的纤维素Ⅰ变成了纤维素Ⅱ。基于DESs对纤维素溶解度的考察,证明O-DES可以有效溶解纤维素,利用其降解纤维素制备5-HMF和乙酰丙酸具有可行性。(2)考察了乙酸乙酯、甲基异丁基甲酮、甲苯和四氢呋喃四种溶剂对5-HMF和乙酰丙酸的萃取效果以及对DESs的溶解情况,最终基于溶解度和沸点等因素选择甲基异丁基甲酮作为反应体系的萃取剂。当最佳实验条件:O-DES:微晶纤维素=100,200wt%甲基异丁基甲酮,3wt%Cr Cl3,150℃下反应1.5h可以得到最大产率15.7%的5-HMF,以同样的实验条件在170℃下反应2h可以得到最大产率的乙酰丙酸和葡萄糖,产率分别为14.3%和28.4%。通过对O-DES的回收效果进行测定,确定其回收次数为三次时对产物产率影响不大。(3)对用硫酸水解法制备的纳米纤维素利用粒度仪和扫描电镜对其粒径进行分析,其粒径在100-200nm之间,宽度在6-8nm之间,平均粒径为170nm,颗粒粒径一致性为0.265,证明合成的纤维素达到了纳米级别可用于后续反应。以纳米纤维素为原料制备5-HMF和乙酰丙酸,考察了各种因素对产物产率的影响。发现三种产物均随O-DES:NCC比值增大而先增加后不变,随催化剂用量的增加先增加后减小,随萃取剂用量的增加先增加后不变。在温度较低时,三者产率均呈一直上升趋势。继续升高温度,5-HMF在150摄氏度时反应2h得到5.7%的最大产率,乙酰丙酸和葡萄糖在170℃时分别反应3h和2h得到4.5%和14.2%的最大产率。对比降解微晶纤维素和纳米纤维素制备目标产物可以看出,在相同反应条件下,催化纳米纤维素得到的产物产率比催化微晶纤维素低很多。两者在最佳条件下得到的产物产率差异也很大,前者的产率明显低于后者。主要原因是微晶纤维素的聚合度和结晶度比纳米纤维素的低很多。具有较高聚合度和结晶度的纳米纤维素在溶剂体系中很难被大量溶解,因此造成产物产率非常低。