纤维素催化转化制备多元醇和5-羟甲基糠醛。
姓名：王静学号：2011207259 班级： 工艺二班。
开题：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**、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c2一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。
2023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种“ buildingblock”分子，可见从纤维素出发制备多元醇的意义非常重大。
2023年，fukuoka等人利用固体酸(γ-a12o3或al203-si02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/a12o3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，同样可以实现糖苷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。
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=o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，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w2c，高效的实现了纤维素的催化转化，产物乙二醇的选择性高达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。
w2c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ni一w2c/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***的使用，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。
本文分别在纤维素到多元醇以及纤维素到hmf转化两个方向上采用多种催化剂对反应条件等进行考察。在高温的水相体系采用碳载体催化剂和燃烧法制备的***催化剂实现了纤维素到乙二醇和丙二醇的转化；在离子液溶解体系采用常温加热以及在微波条件下 licl/dmac溶解体系实现纤维素的溶解到反应生成hmf的过程。在制备乙二醇和丙二醇的过程，我们对多种碳载体催化剂以及多种***催化剂的活性进行了考察，而在制备hmf的过程中，我们对两种体系的最佳条件进行了优化，并对两种体系的优缺点进行了比较。
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**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、气相色谱仪和液相色谱仪（hplc），和核磁共振（nmr）下面就其基本原理及应用做如下的介绍：
一）、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（scanning electron microscope）。sem与电子探针（epma）功能和结构基本相同，但sem一般不带波谱仪（wds）。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、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**。现在sem都与能谱（eds）组合，可以进行成分分析。
所以，ｓｅ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。
1）工作原理。
由最上边电子枪发射出来的电子束，经栅极聚焦后，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、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**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)扫描电镜图像及衬度。
a）、二次电子入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子（价带或导带电子）电离产生的电子，称二次电子。二次电子能量比较低，习惯上把能量小于50ev电子统称为二次电子，仅在样品表面5nm－10nm的深度内才能逸出表面，这是二次电子分辨率高的重要原因之一。 二次电子象是表面形貌衬度，它是利用对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调节信号得到的一种象衬度。
因为二次电子信号主要来自样品表层5－10nm的深度范围，它的强度与原子序数没有明确的关系，但对微区表面相对于入射电子束的方向却十分敏感，二次电子像分辨率比较高，所以适用于显示形貌衬度。 凸凹不平的样品表面所产生的二次电子，用二次电子探测器很容易全部被收集，所以二次电子图像无阴影效应，二次电子易受样品电场和磁场影响。二次电子的产额δ∝ k/cosθ （k为常数，θ为入射电子与样品表面法线之间的夹角。
） 角越大，二次电子产额越高，这表明二次电子对样品表面状态非常敏感。
b）背散射电子像
背散射电子是指入射电子与样品相互作用(弹性和非弹性散射)之后，再次逸出样品表面的高能电子，其能量接近于入射电子能量( e。)。背射电子的产额随样品的原子序数增大而增加，所以背散射电子信号的强度与样品的化学组成有关，即与组成样品的各元素平均原子序数有关。
背散射电子的信号强度i与原子序数z的关系为 ：
式中z为原子序数，c为百分含量(wt%)。背散射电子像的形成，就是因为样品表面上平均原子序数z大的部位而形成较亮的区域，产生较强的背散射电子信号；而平均原子序数较低的部位则产生较少的背散射电子，在荧光屏上或**上就是较暗的区域，这样就形成原子序数衬度。
2、主要性能参数和特点
实验中的做了燃烧法制备的含ir元素催化剂的sem图。借以说明其图像的特点。
1）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，仪器分辨率为5nm，则有效放大率m=0.2×106nm÷5nm=40000倍。如果高于40000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。
2）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，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 sin1.4，而可见光波长范围为： ＝400nm-700nm ，所以光学显微镜分辨率 d0.
5 ，显然 d 200nm。要提高分辨率可以通过减小照明波长来实现。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。
3）、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为物镜光阑孔径，m为放大倍率，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＝1m，sem:10m, 100倍时，om:
10m，sem=1000m。
4）、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。
5）、样品制备简单样品可以是自然面、断口、块状、粉体、反光及透光光片，对不导电的样品只需蒸镀一层20nm的导电膜。另外，现在许多sem具有图像处理和图像分析功能。有的sem加入附件后，能进行加热、冷却、拉伸及弯曲等动态过程的观察。
3、主要应用。
扫描电镜是一种多功能的仪器、具有很多优越的性能、是用途最为广泛的一种仪器．它可以进行如下基本分析：
1）、观察纳米材料
所谓纳米材料就是指组成材料的颗粒或微晶尺寸在0.1-100nm范围内，在保持表面洁净的条件下加压成型而得到的固体材料。纳米材料具有许多与晶体、非晶态不同的、独特的物理化学性质。
纳米材料有着广阔的发展前景，将成为未来材料研究的重点方向。扫描电镜的一个重要特点就是具有很高的分辨率。现已广泛用于观察纳米材料。
2）、 进口材料断口的分析
扫描电镜的另一个重要特点是景深大，图象富立体感。扫描电镜的焦深比透射电子显微镜大10倍，比光学显微镜大几百倍。由于图象景深大，故所得扫描电子象富有立体感，具有三维形态，能够提供比其他显微镜多得多的信息，这个特点对使用者很有价值。
扫描电镜所显示的断口形貌从深层次，高景深的角度呈现材料断裂的本质，在教学、科研和生产中，有不可替代的作用，在材料断裂原因的分析、事故原因的分析以及工艺合理性的判定等方面是一个强有力的手段。
3）、直接观察大试样的原始表面
它能够直接观察直径100mm，高50mm，或更大尺寸的试样，对试样的形状没有任何限制，粗糙表面也能观察，这便免除了制备样品的麻烦，而且能真实观察试样本身物质成分不同的衬度（背反射电子象）。
4）、观察厚试样
其在观察厚试样时，能得到高的分辨率和最真实的形貌。扫描电子显微的分辨率介于光学显微镜和透射电子显微镜之间，但在对厚块试样的观察进行比较时，因为在透射电子显微镜中还要采用复膜方法，而复膜的分辨率通常只能达到10nm，且观察的不是试样本身。因此，用扫描电镜观察厚块试样更有利，更能得到真实的试样表面资料。
5）、观察试样的各个区域的细节
试样在样品室中可动的范围非常大，其他方式显微镜的工作距离通常只有2-3cm，故实际上只许可试样在两度空间内运动，但在扫描电镜中则不同。由于工作距离大（可大于20mm）。焦深大（比透射电子显微镜大10倍）。
样品室的空间也大。因此，可以让试样在三度空间内有6个自由度运动（即三度空间平移、三度空间旋转）。且可动范围大，这对观察不规则形状试样的各个区域带来极大的方便。
仪器分析作业
气相色谱仪简介。一 气相色谱仪的产生及特点。色谱法的最早应用是用于分离植物色素，方法简述为 在一玻璃管中放入碳酸钙，将含有植物色素 植物叶的提取液 的石油醚倒入管中。此时，玻璃管的上端立即出现几种颜色的混合谱带。然后用纯石油醚冲洗，随着石油醚的加入，谱带不断地向下移动，并逐渐分开成几个不同颜色的谱带...
仪器分析作业
仪器分析作业与思考题。光学分析法部分。一 发射光谱法 aes 1 直流电弧光源的特点？2 交流电弧光源的特点？3 火花光源的特点？4 激发光源的作用是什么？5 光源的选择。6 光栅色散原理？7 摄谱仪的性能 棱镜 光栅 8 光谱感光板的构成。9 什么是乳剂特性曲线？在光谱定量分析中有何作用？10 发...
仪器分析作业
2 结果与讨论。2 1 色谱条件的选择。之前采用3 se一30柱，阿岁津与杂质分离不够完全，为使阿罗津杂质分离完全，我用7 se一30柱同时注意到阿罗津在柱温超过200 c时有分解现象产生，为使柱温控制在200 c以下，而又能较快m峰，选择以氧气为载气，在选定色谱条件下，各杂质分离完全，峰形尖锐，对...