木质素基固体酸催化剂的制备及应用开题报告

1. 研究目的与意义

生物质基材料是一类具有发展潜力的功能性材料，它可以替代传统材料，减少对化石资源的依赖和环境污染等问题。木质素是地球上第二丰富的天然可再生生物资源。作为木材的主要非纤维素成分之一，是一种可再生资源，也是造纸工业的副产品。一种以苯丙烷为单体，具有三维空间网状结构的芳香族高分子化合物。木质素磺酸盐(LS)是从化学制浆(亚硫酸盐法)的洗脱液(黑液)中提取的重要木质素衍生物之一。LS作为造纸工业的废弃物，也是一种两亲性生物聚合物，作为表面活性剂、去除工业废水中重金属的有效吸附剂和贵金属催化的载体材料得到了广泛的应用。本课题拟以木质素磺酸作为一种绿色可回收的固体酸催化剂催化构建含氮杂环化合物，为木质素磺酸的综合利用提供一种新的途径，具有较强的应用前景。

木质素存在于植物中，含量仅次于纤维素。木质素磺酸盐主要来源于造纸业制浆的副产物，其中大部分被作为废弃物处理或燃烧，造成极大的环境污染和资源浪费。200℃中性条件下，木质素磺酸钠是非常稳定的，可作为高分子载体负载催化剂。吴玉峰等人将木质素和二氯化钯搅拌混合制备了木质素负载钯催化剂催化Heck反应。孙少欢等利用木质素磺酸钠分别与三氟甲磺酸钪、三氟甲磺酸铜搅拌，制得木质素磺酸钠负载的钪盐和铜盐，以此作为催化剂催化Michael加成等反应。高分子负载催化剂具有易分离回收、产物易纯化等优点，其研究是绿色化学的一个重要方面。上述所用的木质素负载钯盐、钪盐和铜盐，主要是木质素吸附有效催化剂，物理吸附催化剂使用过程中催化活性物质容易流失。化学键联催化剂具有较高的稳定性，成为高分子负载催化剂的主要研究方向，Gawluk等以木质素磺酸钠通过离子交换制备木质素磺酸，而后用木质素磺酸与氢氧化锰反应，制备木质素磺酸锰，木质素磺酸锰可用于电化学传感器。木质素磺酸锰中木质素磺酸根离子与锰离子通过离子键结合。

铁离子作为Lewis酸催化有机反应，应用广泛。以木质素磺酸钠为原料，经过离子交换后得到木质素磺酸，木质素磺酸与氢氧化铁中和反应得到木质素磺酸铁（FLS）。木质素磺酸铁的铁离子与磺酸根离子通过离子键相结合，与物理吸附方法相比，不易流失，可作为高分子负载催化剂使用。木质素磺酸铁无毒、廉价易得、不溶于有机溶剂，易与反应体系分离。

2. 研究内容和预期目标

本课题设计合成木质素磺酸，并将其活化且应用于药物中间体的合成。具体研究内容如下：

（1） 通过文献检索，确定木质素磺酸的纯化和活化方法。

（2） 实验条件考察，活化木质素磺酸，并完成相关材料表征（红外、热重等）。

3. 研究的方法与步骤

制备方法（1）有机载体法：苯酚和甲醛物质的量之比为1:1.3，当木质素替代苯酚量为40%（质量分数）、分散剂（聚乙二醇）的用量为2.5%（质量分数）、催化剂（氨水）用量为2.5%（质量分数）时，将苯酚、甲醛、木质素、分散剂（聚乙二醇）、催化剂（氨水）分别加入配有机械搅拌、温度计和冷凝管的三口烧瓶，开动机械搅拌并且油浴锅加热至反应温度为80℃，待反应进行15h后，加入固化剂六次甲基四胺，升温至95℃并且保持搅拌速度不变，4h后反应结束。将产物倒入烧杯中，水洗至上层滤液澄清后抽滤，烘箱80℃烘4h，得到木质素改性酚醛树脂微球，命名为LPR微球。样品研磨后在2mol硫酸中交换2h,过滤，洗涤至中性并在110C下干燥6h。

制备方法（2）无机载体法：在装有磁子的烧杯中加入5ml乙醇，3ml去离子水和3滴浓盐酸，然后加入0.7g木质素磺酸钠，充分搅拌15min直至完全溶解。在上述得到的透明溶液中，加入20mmolTEOS，继续剧烈搅拌15min得到均匀混合物，取出磁子后烧杯用表面皿加盖，室温静置5-6天。样品研磨后在2mol硫酸中交换2h,过滤，洗涤至中性并在110C下干燥6h。

4. 参考文献