鎂鋁氧化物催化生物質(zhì)衍生物的羥醛縮合研究的開題報告

鎂鋁氧化物催化生物質(zhì)衍生物的羥醛縮合研究的開題報告一、研究背景與意義生物質(zhì)是一種廣泛來源和豐富的可再生資源，其轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品深度處理是解決資源及環(huán)境問題的重要途徑。羥醛縮合是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要途徑之一，其可以通過將糖類等生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為高附加值平臺化學(xué)品，如二羥基甲基丙酮、二甲基四氫呋喃、紅木素等。羥醛縮合反應(yīng)通常需要在強(qiáng)堿、強(qiáng)酸等條件下進(jìn)行，要求反應(yīng)物含有較高的還原性，而這些條件會對生物質(zhì)中的有機(jī)物和纖維素結(jié)構(gòu)造成破壞。因此，研究無需使用極端條件下，獲取高選擇性、高活性、高穩(wěn)定性催化劑的方法，以增加羥醛縮合反應(yīng)的選擇性和降低溫度，成為當(dāng)前的研究方向。二、研究內(nèi)容及方法本研究將以鎂鋁氧化物（Mg-Al-O）為催化劑，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)中羥醛化合物的羥醛縮合反應(yīng)，以二羥基甲基丙酮的合成為反應(yīng)的代表。通過粉末X射線衍射（PXRD）、N2吸附-脫附、掃描電子顯微鏡（SEM）等表征手段確定催化劑的表面與內(nèi)部性質(zhì)，探究催化劑的特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)對催化活性和選擇性的影響，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化反應(yīng)條件，提高反應(yīng)的選擇性。三、預(yù)期研究結(jié)果及貢獻(xiàn)預(yù)期通過本次研究，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)中糖類化合物的高效轉(zhuǎn)化為高附加值平臺化學(xué)品的目標(biāo)。同時，本研究將為生物質(zhì)的價值轉(zhuǎn)化提供一種無需極端條件、高效催化的方法，為實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)及可持續(xù)發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。四、研究難點(diǎn)與挑戰(zhàn)1.確定Mg-Al-O催化劑表面與內(nèi)部特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)的表征方法2.了解羥醛縮合反應(yīng)機(jī)理及合成二羥基甲基丙酮的反應(yīng)機(jī)制3.優(yōu)化反應(yīng)條件以提高反應(yīng)的選擇性和降低反應(yīng)溫度4.驗(yàn)證催化劑的穩(wěn)定性和催化效果的可重現(xiàn)性五、研究進(jìn)度安排及時間表時間節(jié)點(diǎn)|研究內(nèi)容-------|-------2021.9-10|查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并了解實(shí)驗(yàn)室已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和催化劑合成方法2021.11-12|合成優(yōu)化Mg-Al-O催化劑，并進(jìn)行表征2022.1-2|進(jìn)行羥醛縮合反應(yīng)，并對產(chǎn)物進(jìn)行表征2022.3-5|優(yōu)化反應(yīng)條件，并探究反應(yīng)機(jī)理2022.6-7|對各個實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，并對之前實(shí)驗(yàn)的再次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，獲得結(jié)果的可比性與可重復(fù)性。2022.8-9|完成論文寫作及答辯的準(zhǔn)備六、參考文獻(xiàn)1.El-RifaiP.,ProuxO.,BoisL.,LoridantS.,GeantetC.,CapsV.(2020).EnhancedstabilityofhydratedmagnesiumoxalateasareferenceprecursorforMgOincomplexenvironments:OntheroleofphasetransitioninducedbyexcessAl3+.AppliedCatalysisB:Environmental,270,118858.2.ChenP.,LuC.,SunJ.,HuJ.,HuangJ.(2019).Anhydrousmagnesiumaluminatespinel(MgAl2O4)derivedfromindustrialwastesasanovelsolidbasecatalystfor2-butanonecondensation.JournalofCleanerProduction,220,550-560.3.NiuT.,WeiP.,ZhaoH.,WangY.,ShaoZ.(2020).Synthesisofd-fructosederived5-hydroxymethylfurfuralusingZr-modifiedMg-Alhydrotalcitecatalyst.AppliedCatalysisB:Environmental,277,119300.4.MohanS.V.,RohitM.V.,GandhiA.(2020).RecentAdvancesinSustainableUtilizationofBioresources.EnvironmentalManagement,SpringerSingapore,1005-1038.5.HuangJ.,SuY.,YangX.,WangL.,WangW.,ZhanX.,ZhangQ.(2021).FacilesynthesisofMg-Alhydrotalcitefrommagnesiumslagwasteashigh-performan