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5-羟甲基糠醛(5-HMF)被认为是一种连接纤维素类生物质和非石油基化学品及燃料的中间体,能够在离子液体溶剂体系中由纤维素或葡萄糖转化获得。然而,由于离子液体的粘度较高,并且与有机试剂之间的密度差较大,即使在强搅拌作用下,离子液体溶剂体系在反应和萃取分离的过程中仍然存在传质速率低的问题,为此,本论文建立了利用沸腾作用促进传质的双相体系。即在有机溶剂/离子液体双相体系中引入一种被命名为沸腾试剂的物质,并调控其持续不断地进行“沸腾-冷凝”循环过程,以此来强化搅拌和传质。首先考察了沸腾试剂性质和加热方式对萃取速率的影响,确定了产生沸腾的主要因素和调控方法,剖析了沸腾作用提高萃取速率的作用机理;其次,利用沸腾作用在有机溶剂/[BMIM]Cl/CrCl3体系中研究了葡萄糖、纤维素制备5-HMF的反应,优化了反应工艺条件,分析了沸腾作用促进下的催化反应机理。研究结果表明:在MIBK/[BMIM]Cl模拟双相体系中,溶解在[BMIM]Cl相中的甲醇或乙腈沸腾试剂因过热而不断地汽化,生成的气泡穿过两相界面,在温度较低的MIBK相液化后又回流到[BMIM]Cl相中;沸腾试剂的沸腾-液化过程在两相间持续不断地进行。沸腾过程中产生的气泡增强了混合物的动态扰动,增加了相界面面积,使5-HMF快速地从离子液体相中被萃取到萃取相中。在有机溶剂/[BMIM]Cl/CrCl3双相体系中,沸腾作用显著提高了纤维素或葡萄糖的转化速率和5-HMF的选择性。沸腾现象所产生的气泡有效地强化了高粘度[BMIM]Cl相中的传质传热,使反应原料与催化剂充分接触并快速转化,生成的5-HMF也快速地被萃取到MIBK相中,减少其在反应相中发生副反应的几率,从而提高了5-HMF的收率。用作沸腾试剂的有机溶剂需具有以下性质:其沸点必须低于反应温度,这样才会在反应过程中因过热而产生气泡;沸腾试剂主要分布在[BMIM]Cl相中,这样反应体系中才会有足够的气泡。建立沸腾双相体系的关键操作是:双相体系从底部到顶部需存在温度梯度;沸腾试剂在[BMIM]Cl相中处于过热状态。