隨著化石資源的短缺以及環(huán)境污染的加重,人們越來越重視生物質(zhì)資源的開發(fā)與利用。木質(zhì)纖維素中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素這三大組分在化學(xué)品的生產(chǎn)方面應(yīng)用廣泛。然而三大組分之間存在復(fù)雜化學(xué)鍵連接使得將其直接轉(zhuǎn)化利用效率不佳,因此需要選擇合適的分離手段將三大組分分離開來。三大組分中的木質(zhì)素是唯一含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)的天然大分子,對其進(jìn)行利用可以生產(chǎn)多種芳香族化學(xué)品和燃料。但木質(zhì)素結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在解聚時易發(fā)生再聚合反應(yīng),易結(jié)焦或積炭。此外在提取木質(zhì)素和木質(zhì)素解聚過程中均需要加入額外的溶劑,增加了成本。因此本論文首先采用水熱-深度低共熔溶劑（Deep Eutectic Solvents,簡稱DES）分離三大組分,然后直接對溶解在DES中的木質(zhì)素進(jìn)行催化加氫,在溫和的條件下實(shí)現(xiàn)了木質(zhì)素的選擇性解聚。本論文將利用DES提取木質(zhì)素和木質(zhì)素的加氫有機(jī)結(jié)合起來,節(jié)約了提取木質(zhì)素時需要的大量溶劑和木質(zhì)素加氫時需要加入的反應(yīng)溶劑,有助于降低這一工藝未來工業(yè)化的成本。本論文的主要內(nèi)容如下:（1）采用水熱-DES兩步法對桉木粉進(jìn)行組分分離,考察了反應(yīng)條件對分離效果的影響。結(jié)果表明:在反應(yīng)條件為170℃、1 h時,半纖維素的脫除率... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

纖維素分子的結(jié)構(gòu)式[34]

第一章緒論5圖1-3木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的主要連接方式[41]Fig.1-3Themainconnectionofligninstructure[41]1.3木質(zhì)纖維素的預(yù)處理方式在過去的幾十年里，科研工作者對木質(zhì)纖維素的預(yù)處理方式有了大量的實(shí)驗(yàn)研究。預(yù)處理的方式可以分為物理法、化學(xué)法、生物法和組合預(yù)處理法。組合預(yù)處理法主要包括物理化學(xué)法和生物化學(xué)法等。由于單一的預(yù)處理方式可能存在一定程度的弊端，而組合預(yù)處理通�？梢杂行У奶岣哳A(yù)處理的效率，因此常作為主要選擇的預(yù)處理方式。1.3.1物理法常見的物理預(yù)處理法有粉碎和研磨處理、微波處理和超聲波預(yù)處理等。采用粉碎和研磨進(jìn)行生物質(zhì)預(yù)處理可以在不排放廢水的情況下減小原料的尺寸、降低生物質(zhì)的聚合度、增大比表面積[44]。但是通過粉碎和研磨不能使木質(zhì)素和半纖維降解，對于三大組分的后續(xù)應(yīng)用效果有限[45]。微波處理是指在微波高頻電場作用下，物料內(nèi)分子快速改變運(yùn)動方向，會相互碰撞摩擦生熱，從而取出物料內(nèi)低沸點(diǎn)化學(xué)物。微波輻射還可以破壞纖維素分子間的氫鍵連接，從而增加物料的可及性和反應(yīng)活性[46]。微波處理方法雖然簡單便捷，但是成本偏高，較難在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模使用。超聲波預(yù)處理是指利用頻率高于20000Hz的聲波的聲空化作用引起纖維素組分的變化，從而達(dá)到分離的目的[47]。在木質(zhì)

第一章緒論11在酸催化解聚木質(zhì)素過程中斷裂的主要是β-O-4鍵[108-110]。如圖1-4所示[108-113]，β-O-4鍵解聚的第一步是去除α位上的醇羥基形成芐基碳正離子，然后其通過不同的轉(zhuǎn)換途徑，轉(zhuǎn)變成不同的烯醇醚（2a和2b），即有無Cβ-Cγ化學(xué)鍵的斷裂和隨之生成的甲醛[108-110]。催化裂解過程中使用的酸的種類決定生成的烯醇醚的結(jié)構(gòu)。例如使用的酸為HCl或HBr時，主要生成2a結(jié)構(gòu)的烯醇醚，當(dāng)使用H2SO4時，主要生成2b結(jié)構(gòu)的烯醇醚[108-110]。烯醇醚在酸性條件下不穩(wěn)定，易發(fā)生水解，生成C2-醛取代酚（3）和C3-酮取代酚（4）[108-111]。我們又稱C3-酮取代酚為Hibbert酮[112]。Hibbert酮、C2-醛取代酚以及芐基碳正離子會發(fā)生重聚合反應(yīng)，導(dǎo)致木質(zhì)素解聚產(chǎn)物的重聚[108,113]。圖1-4酸催化解聚木質(zhì)素[108-113]Fig.1-4Acidcatalyzeddegradationoflignin[108-113]1.4.3氧化解聚通過對木質(zhì)素側(cè)鏈進(jìn)行氧化和斷裂可以實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素解聚的氧化過程[114]。通過催化氧化可以將木質(zhì)素解聚成芳香族單體、低聚物或功能化的化學(xué)物質(zhì)，用于烴類燃料或化學(xué)品生產(chǎn)鏈中的起始化學(xué)物質(zhì)以及制藥業(yè)[115,116]。在傳統(tǒng)的氧化解聚過程中常使用的氧化劑有氧氣、過氧化氫和硝基苯等[117,118]。如Gu[119]等使用過氧化氫作為氧化劑，在La/SBA-15及微波輔助的作用下氧化解聚山毛櫸木質(zhì)素，得到的產(chǎn)物中香草醛產(chǎn)率為9.6%，丁香醛產(chǎn)率為15.7%。近年來，其他氧化方法，包括過氧酸、離子液體、有機(jī)金屬催化劑和仿生催化劑，已被廣泛研究用于木質(zhì)素解聚[120-124]。如Cai等[125]設(shè)計了一種新的催化體系即在多金屬氧酸鹽離子液體[BSmim]CuPW12O40作用下，將木質(zhì)素進(jìn)行選擇性氧化，生成的馬來酸乙二酯產(chǎn)率為404.8mg·g-1，選擇性為72.7%。

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