生物质炭纳米片层结构重组、仿酶活性簇组装与催化生物质转化

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21676079
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0816.资源、环境与生态化工
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The research for the fine transformation of various components in biomass to highly-added value of fine and energy chemicals is of very important scientific and practical meanings to realize the highly efficient utilization of renewable resources and solve the increasing depletion of fossil resources and other issues. For the recent development of biomass-based non-porous carbon materials exist in terms of unstable skeletal structure, lower sulfonic acid density, single active function, lower mass transfer and transformation efficiencies in the catalytic conversion of biomass in water, for the first time this project proposes to develop the preparation method and technique for the novel biomass carbon carriers with a high sulfonic acidity, chemical intercalation, peel and reconstruction between dense stacking nanosheet layers and the assembly methodology for the construction of a series of biomimetic active clusters, which obtain the novel hierarchical layered-/meso-porous HMBCMEC biomimetic catalysts with the excellent catalytic performance for the fine transformation of various components in biomass. The controllable preparation technology of HMBCMEC catalysts will be developed by systematically checking the effect of the preparation methods and conditions of HMBCMEC catalysts on their structures and properties, At the same time, the relationship between the intrinsic properties of biomimetic catalyst’s components, structures and active clusters and their catalytic performances, as well as the mechanism of heterogeneous catalysis process are obtained by systematically researching the effect of various biomimetic catalysts and process parameters on the catalytic conversion efficiency of various components in biomass, which provides the theoretical principle to develop the preparation technology of novel HMBCMEC biomimetic catalysts and the green catalysis process for the synthesis of biomass fine chemicals.
开展生物质各组分高效转化为高附加值精细化学品的研究,对实现可再生资源的高效利用及化解化石资源日益枯竭等问题具有重要的科学和现实意义。本项目针对近来发展的非孔型生物基炭材料在催化生物质临水转化中存在骨架结构不稳定、磺酸量低、活性位单一、传质与催化效率低等问题,创新性地提出发展具有高磺化活性的生物炭基材料的制备,其致密堆集炭纳米片层间的化学插层、剥离与结构重构,及其用于系列仿酶活性蔟的组装技术,获得对生物质各组分具有优良催化转化性能的多级层间/介孔HMBCMEC仿酶催化剂。通过系统考察HMBCMEC的制备工艺条件与其结构、性能之间的关联规律,获得其可控制备技术。通过研究系列仿酶催化剂对生物质各组分的催化转化效率与转化过程因子之间的关联规律,获得其组成、结构、活性蔟本征特性与催化性能间的构效关系及其多相催化作用过程机制,为发展新型仿酶催化剂制备及生物基化学品的绿色催化合成方法与技术提供理论指导。

结项摘要

围绕生物基平台化学品精准合成过程中须要解决的生物炭基催化剂骨架稳定性、孔结构和活性位适用性的问题,本工作采用先进的炭化和结构重组策略,成功设计合成了一系列具有仿纤维素酶/金属酶的生物质衍生的炭基催化材料,它们在纤维素等碳水化合物水解、水解加氢等转化为还原糖、葡萄糖、山梨醇、5-羟甲基糠醛等生物基平台化合物中显示优异的催化活性和选择性、以及优良的重复使用性。用各种表征技术开展了催化剂的孔结构、形貌和表面酸性、以及仿酶活性簇与其催化性能之间的构效关系研究。值得指出的是:含磷、磷-硅多孔生物质炭催化材料具有优异的骨架稳定性和丰富的分级孔结构、以及超强的-1,4-糖苷键亲和性,作为理想的仿纤维素酶模型催化剂,在催化碳水化合物水解转化反应中催化性能优异,纤维素水解的葡萄糖收率达80%;其载钌的双功能催化剂在相对温和的反应条件下,能高效实现碳水化合物水解加氢转化为六碳醇(收率达90%),其催化效率(TOF,50-165)远远超过目前文献报道的水平。其次,生物质衍生的功能化碳量子点络合铬、锆、铝组装的系列仿金属酶催化剂在催化糠醛、乙酰丙酸/酯(LA/LAE)的氢转移合成糠醇(FA)、-戊内酯,以及FA醇解合成LAE反应中显示出优异的催化活性和稳定性,其目标产物的收率高于98%。而且通过优先酯化策略,实现高浓度LA的几乎定量转化为-戊内酯,其TOF比文献报道最好的高出近3倍,没有任何失活。更重要的是:首次采用水热催化炭化法制备超高磺酸密度(5mmol.g-1)的固体酸;采用硅胶隔离/负载策略,首次制备了两类具有骨架稳定与分级孔结构的炭基固体超强酸,并实现了其酸强度和热稳定性的可逆调控策略,制备出了一类具超高热稳定性的固体超强酸。由于其优异传质性能,这些固体超强酸在各类酸催化反应中,其催化效率和稳定性与商业化大孔磺酸树脂相比具有压倒性的优势,有望广泛用于酸催化各类转化反应过程。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(8)
Adjusting effect of additives on decatungstate-photocatalyzed HMF oxidation with molecular oxygen under visible light illumination
可见光照射下添加剂对十钨酸盐光催化分子氧氧化HMF的调节作用
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2020.125345
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Yang Bo;Hu Wenwei;Wan Feifei;Zhang Chao;Fu Zaihui;Su Anqun;Chen Mengke;Liu Yachun
  • 通讯作者:
    Liu Yachun
HCl and O-2 co-activated bis(8-quinolinolato) oxovanadium(IV) complexes as efficient photoactive species for visible light-driven oxidation of cyclohexane to KA oil
HCl 和 O-2 共激活双(8-羟基喹啉)氧钒(IV)配合物作为有效的光活性物质,用于可见光驱动的环己烷氧化成 KA 油
  • DOI:
    10.1039/c8cy01241e
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Catalysis Science & Technology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    She Jialuo;Lin Xiangfeng;Fu Zaihui;Li Jianwei;Tang Senpei;Lei Ming;Zhang Xin;Zhang Chao;Yin Dulin
  • 通讯作者:
    Yin Dulin
Effective transformation of cellulose to 5-hydroxymethylfurfural catalyzed by fluorine anion-containing ionic liquid modified biochar sulfonic acids in water
水中含氟阴离子离子液体改性生物炭磺酸催化纤维素有效转化为5-羟甲基糠醛
  • DOI:
    10.1007/s10570-016-1118-4
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Cellulose
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Zhang Chao;Cheng Zengtian;Fu Zaihui;Liu Yachun;Yi Xianfeng;Zheng Anmin;Kirk Steven Robert;Yin Dulin
  • 通讯作者:
    Yin Dulin
Bamboo-derived porous biochar for efficient adsorption removal of dibenzothiophene from model fuel
竹源多孔生物炭可有效吸附去除模型燃料中的二苯并噻吩
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2017.07.099
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Fuel
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Yang Enbo;Yao Chunlian;Liu Yachun;Zhang Chao;Jia Litao;Li Debao;Fu Zaihui;Sun Dekui;Kirk Steven Robert;Yin Dulin
  • 通讯作者:
    Yin Dulin
Study on boron and fluorine-doped C3N4 as a solid activator for cyclohexane oxidation with H2O2 catalyzed by 8-quinolinolato ironIII complexes under visible light irradiation
硼氟掺杂C3N4作为可见光照射下8-羟基喹啉铁(III)配合物催化H2O2环己烷氧化反应固体活化剂的研究
  • DOI:
    10.1016/j.apcata.2019.117342
  • 发表时间:
    2020-01-25
  • 期刊:
    APPLIED CATALYSIS A-GENERAL
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Tang, Senpei;Fu, Zaihui;Li, Youji
  • 通讯作者:
    Li, Youji

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其他文献

Synthesis Cheracterization and Catalytic Properties of Titanium and Boron Co-substituted Silicalite Zeolites
钛硼共取代硅沸石分子筛的合成表征及催化性能
  • DOI:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    伏再辉;尹笃林
  • 通讯作者:
    尹笃林
HMS键连钛络合物催化剂的制备及其催化性能研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    湖南师范大学自然科学学报
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  • 作者:
    赵伟;伏再辉
  • 通讯作者:
    伏再辉
含模板剂的HMS中孔材料上组装Ti(O(I)Pr)4的研究
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    伏再辉
中孔Cu-HMS分子筛的合成
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    石油化工
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  • 作者:
    陈君华;伏再辉
  • 通讯作者:
    伏再辉
含过渡金属HMS的合成的催化性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    物理化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    伏再辉;陈君华
  • 通讯作者:
    陈君华

其他文献

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伏再辉的其他基金

光、电趋动六齿8-羟基喹啉类金属配合物催化分子开关的结构特性与催化性能
  • 批准号:
    20873040
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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纤维素型光控相转移手性催化剂的分子设计
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  • 批准年份:
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  • 项目类别:
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  • 批准号:
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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