【摘要】：本文利用工業(yè)堿木質(zhì)素經(jīng)兩種不同的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法(熱解炭化、水熱炭化)制備炭載體,然后磺化得到兩種不同類型的木質(zhì)素基固體酸,并應(yīng)用于纖維素的水解反應(yīng)中。首先,以工業(yè)粗堿木質(zhì)素經(jīng)堿溶酸析得到的精制堿木質(zhì)素為碳前驅(qū)體,經(jīng)熱解炭化-磺化法制備木質(zhì)素基固體酸。分別考察三種不同的炭化制備過程(直接炭化、H_2SO_4熱處理炭化、H_3PO_4活化炭化)對(duì)固體酸催化水解微晶纖維素的反應(yīng)活性影響。結(jié)合FESEM、XRD、TGA、BET、FTIR和酸堿滴定等表征對(duì)比分析固體酸的結(jié)構(gòu)形態(tài)和酸性官能團(tuán)組成。結(jié)果表明:相較于直接炭化-磺化的LC-SO_3H和H_2SO_4熱處理,炭化-磺化的SLC-SO_3H,H_3PO_4活化炭化-磺化制備的固體酸LPC-SO_3H顯現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。其中,LPC-SO_3H有較高的羧酸密度(1.68 mmol/g)和磺酸密度(0.88 mmol/g)以及其較大的比表面積(488.4m~2/g)。然后,以LPC-SO_3H為最佳固體酸,對(duì)微晶纖維素水解的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,并與其他酸催化劑(H_2SO_4,HZSM-5,Amberlyst-15)進(jìn)行比較,初步考察固體酸的吸附性能和微晶纖維素水解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明,LPC-SO_3H對(duì)纖維二糖的吸附量遠(yuǎn)高于Amberlyst-15,基本不吸附葡萄糖,且催化活性優(yōu)于傳統(tǒng)酸催化劑。當(dāng)反應(yīng)溫度180°C,反應(yīng)時(shí)間3 h,纖維素底物濃度6 mg/mL,固體酸負(fù)載比3.3:1,此時(shí)還原糖產(chǎn)率最高為50.8%。通過微晶纖維素水解動(dòng)力學(xué)研究表明,LPC-SO_3H催化水解微晶纖維素的還原糖的反應(yīng)活化能較低,僅為83.32 kJ/mol。另外,采用水熱炭化法,以精制堿木質(zhì)素為碳源,丙烯酸為功能引導(dǎo)劑,成功制備木質(zhì)素基水熱炭載體,然后磺化得到木質(zhì)素基水熱炭磺酸。在水熱炭化過程中,考察了丙烯酸添加量對(duì)制備的固體酸在離子液體[BMIM]Cl中催化水解微晶纖維素的性能影響。結(jié)合FESEM、XRD、TGA、FTIR、XPS和酸堿滴定等表征分析了固體酸的結(jié)構(gòu)形態(tài)和酸性官能團(tuán)組成。結(jié)果表明:當(dāng)丙烯酸添加量為40 wt%時(shí),制備木質(zhì)素基水熱碳磺酸LAHC-SO_3H-40表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性,其表面形貌主要為窩蜂狀結(jié)構(gòu),羧酸密度和磺酸密度分別為2.88mmol/g和1.58 mmol/g。相較于其他固體酸(HZSM-5,Amberlyst-15,γ-Al_2O_3)對(duì)微晶纖維素催化水解,固體酸LAHC-SO_3H-40在水相和離子液體([BMIM]Cl)中均表現(xiàn)出較高的催化活性。然后以LAHC-SO_3H-40為最佳固體酸,對(duì)微晶纖維素水解的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明,當(dāng)反應(yīng)溫度130°C,時(shí)間2 h,固體酸負(fù)載量60 wt%,水含量10 mg,得到的還原糖產(chǎn)率最高為75.42%,且5次循環(huán)使用中,還原糖產(chǎn)率仍可達(dá)68.09%以上,且通過簡(jiǎn)單磺化再生處理,能完全恢復(fù)其催化活性。
【圖文】：

第 1 章 緒論木質(zhì)素的概述木質(zhì)素的來源與結(jié)構(gòu)特征質(zhì)素是一類具有三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的芳香族高分子化合通過醚鍵和碳-碳鍵連接而成，含有芳香基、酚羥基、醇軛雙鍵等多種活性基團(tuán)[1-11]。根據(jù)甲氧基的數(shù)量和位置不木基丙烷（G 型）、紫丁香基丙烷（S 型）和對(duì)羥基苯基）[2]。

圖 1.2 木質(zhì)素中基本單元的五種聯(lián)接方式[4]Figure 1.2 Five typical bonding patterns in a lignin matrix structure圖 1.3 硬木木質(zhì)素的典型結(jié)構(gòu)式（左）和分子模型（右）[5]3 Typical structure (left) and molecular model (right) of lignin derivsoftwood
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ352.1;O643.36

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2647849