开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
- 课题背景
随着时代的发展，石油资源已经不能满足人类的需求，而对于能源和化学品的需求还在日益上升，因而研究人员将目光投放到生物质资源上。生物质是唯一可固定碳的可再生能源资源[1]，其数量巨大，价格低廉，可取代不可再生的化石燃料[2]，实现可持续的平台化学原料。
5-HMF由于其含有活泼基团羟甲基和醛基，成为了一种极其具有代表性的生物质基材料单体，也是很多反应的中间体以及合成高分子材料的单体等。它通过一系列后续反应可以制备出很多新型材料和精细化学品，液态烷烃，尤其是各种性能的呋喃类产品，可谓是一个研究热点[3]。
现代科学研究发展迅速，材料研究已逐渐涉及到量子、纳米领域。当尺寸达到纳米量级时，材料就会具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，从而使纳米材料具有奇异的电学、光学、催化和超导特性。纳米尺寸的磷酸铁可以显著提高其在催化剂、分离和离子交换等领域的性能[4]。
然而制备5-HMF过程中，很多研究都会用到DMSO等有机试剂，不仅提高了生产成本，在酸性高温的环境中还会生成甲醛等有毒试剂，对操作人员与环境都构成了威胁。
从而有以下思路：制备5-HMF的时候，研究高效能的固体催化剂，从而提高产物的收率并且降低溶剂污染问题，研究发现，微纳多孔结构的磷酸铁具有良好的催化剂的功能[5]，故而本课题拟研究了一种同时制备具有微纳多孔结构磷酸铁（FePO4）与5-羟甲基糠醛（5-HMF）的方法，降低成本的同时减少污染。
- 要解决的问题
- 探究和设计使用绿色原材料同时制备磷酸铁和5-HMF的工艺。
- 探究最适合本反应系统的化学反应参数（包括pH、反应物浓度、温度等）。
- 探究最适合本反应系统的流体流动参数（包括进料速率、层流/湍流、反应器尺寸等）。
4.研究化学反应因素-流体流动因素的耦合机制对于5-HMF与磷酸铁绿色制备的影响规律，初步学习并揭示介尺度科学。
- 可行性分析
目前已经提出的多尺度方法大致有3种类型：描述型、关联型、极值型[6]，然而这些不同方法的核心问题都在于不同尺度描述的耦合。实际上,如果没有尺度间的耦合,多尺度问题也只是多个尺度上多个问题的组合,并没有成为一个有机的整体,也无法发挥多尺度方法真正的优势。不难看出，尺度间耦合的实质是描述两个尺度间出现的结构,阐明其形成的机理,也就是介尺度的问题。所以，瞄准介尺度结构也就是抓住了解决多尺度问题的关键。目前介尺度研究有纳米技术，随着复杂的多尺度科学和工程问题研究的深入,介尺度上的纳米科学与技术自然会成为化学与化工相互渗透和扩展的结合点[7]。故而介尺度科学是科学研究的一个特殊研究状态。
- HMF是连接能源化工和生物质原料的纽带，也非常重要的潜在能源分子。5-HMF分子中的呋喃环结构，使其可以作为合成各种精细化学品和高分子化合物的单体，广泛应用于精细化工和能源化工中。与此同时，由于其分子结构中含有活泼的羟甲基和醛基，可以通过还原、氧化、缩合和加氢等诸多化学反应转化为一种添加剂，用于燃油、柴油或者汽油等。目前已有多篇文献报道了5-HMF的制备工艺以及其广泛的应用，制备5-HMF的方法和路径都相对成熟，其主要方法是单糖脱水法[8]，主要是由果糖和葡萄糖脱水制备5-HMF。葡萄糖脱水生成 5-HMF 这个反应，分成两个步骤，第一步葡萄糖异构化成果糖，第二步是果糖脱水得到产物 5-HMF。
果糖作为葡萄糖的异构体，其性质活泼，比葡萄糖更加容易脱水生成 5-HMF，但是，在自然界中果糖的来源比较少，因此其价格较高，如果用果糖作为原料的话，则增加了成本。自然界中的木质纤维素含量很多，通过水解木质纤维素可以来得到葡萄糖，这样葡萄糖的来源也广，价格也低，所以制备5-HMF的原料来源是可行、经济的。关于5-HMF这个目标产物的验证方法有：高效液相色谱法、液相色谱－质谱联用法、气相色谱－质谱联用法和紫外分光光度法，高效液相色谱法是使用最为广泛的方法。
