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摘要：5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural,5-HMF)是由生物质降解后得到的重要的呋喃基化合物,分子中含有活泼基团醛基和羟基,可发生氧化、氢化和缩合等反应,用来制备多种呋喃类衍生物,被认为是一种介于生物质化学和石油化工业有机化学之间的关键中间体,有望成为新型的平台化合物而得到广泛的研究。本课题采用水热法对棉杆降解生成5-HMF的过程进行了研究,分析各影响因素如反应时间、反应温度、催化剂类型及其用量等因素对纤维素降解和5-HMF合成的影响,确定最佳工艺操作条件；通过催化剂SO42-/ZrO2存在与否时棉秆水热法制备5-HMF的动力学过程分析,确定了该催化剂在反应过程中的催化性能。对操作条件的研究结果表明温度由200℃升高到230℃的过程中,纤维素降解率提高了93.07%,5-HMF的产率增加6.25倍；反应时间由15min增加到120min,纤维素的降解率提高了26.60%,5-HMF产率先增加后降低,在反应90min时达到最大值,为25.3%；所选取的催化剂对纤维素的降解和5-HMF的生成均具有促进作用,其中n(Zr):n(Zn)=7:3的SO42-/ZrO2-ZnO催化剂对纤维素的降解效果最好,纤维素降解率达97.52%；而SO42-/ZrO2的对纤维素降解和5-HMF合成的综合效果最好,纤维素降解率达94.43%,5-HMF产率最高可达25.3%,相同条件下较无催化剂提高了79.4%。得到最佳操作条件为：反应温度230℃,反应时间90min,采用SO42-/ZrO2作为催化剂,其用量为20%。动力学研究结果表明催化剂SO42-/ZrO2对纤维素降解和5-HMF合成都具有正向催化效果。加入催化剂后,5-HMF选择性最大可提高1.57倍,纤维素降解反应活化能由106.0kJ·mol-1降低至96.7kJ-mol-1,5-HMF合成反应活化能由119.4kJ·mol-1降低至84.2kJ·mol-1。