本文關鍵詞：木質素催化轉化制備丁香醛的過程研究

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【摘要】：木質素自然界中廣泛存在的可再生資源,由于其具有復雜的三維網(wǎng)狀結構,大規(guī)模的高值化利用受到了一定程度的限制。近年來將木質素降解制備苯酚類和芳香醛類具有高附加值的產(chǎn)品成為了研究的熱點。為實現(xiàn)木質素轉化過程的綠色化和高效化,本論文開展了以下研究：首先,針對木質素轉化過程可能引起的二次污染問題,選擇了具有結構穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的綠色試劑離子液體作為催化劑,對木質素催化轉化制備丁香醛的過程進行研究,考察木質素種類及用量、離子液體種類及用量、反應溫度、反應時間和pH值對制備丁香醛的影響。結果表明,加入麥草木質素磺酸鈉0.20 g,二甲基亞砜50 mL,乙醇胺四氟硼酸鹽([MEA][BF4])離子液體0.20 g,反應溫度160℃、反應時間6h后丁香醛的收率最高,為9.45%；隨后用酸調(diào)節(jié)體系的pH值至4.35后進行反應,發(fā)現(xiàn)丁香醛的收率與未調(diào)酸時的相比提高了55.80%。其次,針對離子液體不易與反應體系分離且生產(chǎn)成本較高的問題,以非均相易分離且成本較低的鈣鈦礦型氧化物LaB1-xCuxO3 (B=Fe, Ni)為催化劑,研究了木質素種類、催化劑種類及用量、反應溫度、反應時間、堿濃度和O2壓力等實驗條件對木質素轉化后丁香醛收率的影響,得到最佳的反應條件：脫堿的木質素0.60 g,5.00 wt%θ環(huán)負載的LaFe0.2Cu0.8O3催化劑0.60 g,1.0 mol·L-1 NaOH溶液30 mL、反應溫度160θ、O2壓力0.80 MPa、反應時間2.5 h,丁香醛的收率最高,為10.00%。隨后為提高木質素產(chǎn)品的品質,對不同方式預處理后的木質素進行結構和性質的分析,考察固形物回收率(Rs)、重均分子量(Mw)、多分散系數(shù)(Pd)、酚羥基和羧基含量在木質素預處理前后的變化,并用傅里葉變換紅外光譜對處理前后的樣品進行表征。結果顯示微波預處理的Rs在80.00%以上,水熱預處理的Rs在65.00%以上；固液比1：6(g/g)、處理60 min后微波處理后的酚羥基含量升高了5.26%,水熱處理后的酚羥基含量則提高了11.10%：紅外光譜顯示預處理后的木質素在1220 cm-1和1122 cm-1處的紫丁香基特征峰的吸收強度有所增大,為木質素轉化制備更多的紫丁香基產(chǎn)品提供了結構基礎。最后將預處理后的木質素在離子液體和鈣鈦礦型氧化物催化下反應,發(fā)現(xiàn)預處理提高了目的產(chǎn)物的收率,且4.00%NaOH溶液微波預處理的工業(yè)木素在5 wt% θ環(huán)負載的LaFe0.2Cu0.8O3催化下轉化后丁香醛的收率相對較高,為7.60%。本論文研究工作中的相關數(shù)據(jù)驗證了離子液體和鈣鈦礦型氧化物對木質素的催化作用和制備高附加值化學品的可行性,并揭示了預處理過程對木質素結構和性質的影響,為高值轉化利用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。
【關鍵詞】：木質素 丁香醛 離子液體 鈣鈦礦型氧化物 預處理
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O636.2;TQ244.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 緒論17-29
• 1.1 木質素17-21
• 1.1.1 木質素的結構17
• 1.1.2 木質素的來源17-18
• 1.1.3 木質素大分子的應用18-19
• 1.1.3.1 木質素在農(nóng)業(yè)上的應用18
• 1.1.3.2 木質素在吸附領域的應用18-19
• 1.1.3.3 木質素在樹脂領域的應用19
• 1.1.4 木質素轉化為小分子的應用19-21
• 1.1.4.1 木質素熱解20
• 1.1.4.2 木質素氫解20
• 1.1.4.3 木質素氧化20-21
• 1.2 木質素制備丁香醛21-23
• 1.2.1 堿性氧化法21-22
• 1.2.2 離子液體法22-23
• 1.3 木質素的預處理23-25
• 1.3.1 預處理方法23-25
• 1.3.1.1 物理法24
• 1.3.1.2 化學法24-25
• 1.3.1.3 生物法25
• 1.4 課題意義及研究內(nèi)容25-29
• 1.4.1 課題意義25-26
• 1.4.2 課題研究內(nèi)容26-29
• 第二章 離子液體催化木質素轉化制備丁香醛29-41
• 2.1 實驗設計29-31
• 2.1.1 實驗原料29
• 2.1.2 實驗儀器與設備29-30
• 2.1.3 實驗方案30-31
• 2.1.3.1 離子液體的制備30
• 2.1.3.2 木質素的催化轉化反應30-31
• 2.2 分析方法31-33
• 2.2.1 高效液相色譜31-32
• 2.2.2 離子液體的表征32-33
• 2.2.2.1 傅里葉變換紅外光譜32
• 2.2.2.2 核磁共振波譜32
• 2.2.2.2 黏度測定32-33
• 2.2.3 木質素的理化性質分析33
• 2.2.3.1 灰分分析33
• 2.2.3.2 分子量分布33
• 2.3 結果與討論33-38
• 2.3.1 離子液體種類對丁香醛收率的影響33-34
• 2.3.2 木質素用量對丁香醛收率的影響34-35
• 2.3.3 溫度對丁香醛收率的影響35-36
• 2.3.4 離子液體用量對丁香醛收率的影響36-37
• 2.3.5 pH值對丁香醛收率的影響37-38
• 2.4 本章小結38-41
• 第三章 鈣鈦礦型氧化物催化木質素轉化制備丁香醛41-61
• 3.1 實驗設計41-42
• 3.1.1 實驗原料41
• 3.1.2 實驗儀器與設備41-42
• 3.1.3 實驗方案42
• 3.1.3.1 鈣鈦礦型氧化物的制備42
• 3.1.3.2 鈣鈦礦型氧化物的表征42
• 3.1.3.3 木質素的催化轉化反應42
• 3.2 分析方法42-45
• 3.2.1 高效液相色譜42-44
• 3.2.2 XRD分析44-45
• 3.3 結果與討論45-56
• 3.3.1 木質素種類對丁香醛收率的影響45-47
• 3.3.2 催化劑對丁香醛收率的影響47-50
• 3.3.2.1 催化劑用量對丁香醛收率的影響47-49
• 3.3.2.2 催化劑種類對丁香醛收率的影響49-50
• 3.3.3 反應時間對丁香醛收率的影響50-51
• 3.3.4 堿濃度對丁香醛收率的影響51-52
• 3.3.5 O_2壓力對丁香醛收率的影響52-53
• 3.3.6 溫度對丁香醛收率的影響53-54
• 3.3.7 催化劑循環(huán)使用54-56
• 3.4 負載型催化劑56-58
• 3.4.1 負載型催化劑的制備56
• 3.4.2 木質素的催化反應及分析方法56
• 3.4.3 催化劑用量56-58
• 3.5 反應機理58
• 3.6 本章小結58-61
• 第四章 木質素的預處理及轉化61-79
• 4.1 實驗設計61-62
• 4.1.1 實驗原料61
• 4.1.2 實驗儀器與設備61
• 4.1.3 實驗方案61-62
• 4.1.3.1 微波預處理實驗62
• 4.1.3.2 水熱預處理實驗62
• 4.1.3.3 實驗操作62
• 4.2 分析方法62-63
• 4.2.1 固形物含量及回收率測定62-63
• 4.2.2 傅里葉變換紅外光譜分析63
• 4.2.3 官能團分析63
• 4.3 結果與討論63-72
• 4.3.1 不同的預處理條件對固形物回收率的影響63-67
• 4.3.1.1 微波輸出功率63-64
• 4.3.1.2 固液比64-65
• 4.3.1.3 堿濃度65-67
• 4.3.1.4 水熱預處理時間67
• 4.3.2 不同的預處理條件對分子量分布的影響67-69
• 4.3.2.1 微波預處理工業(yè)木素的分子量分布67-68
• 4.3.2.2 水熱預處理工業(yè)木素的分子量分布68-69
• 4.3.3 紅外光譜分析69-71
• 4.3.4 官能團含量的變化71-72
• 4.4 預處理的木質素用于催化轉化反應72-77
• 4.4.1 離子液體體系72-74
• 4.4.1.1 微波預處理時間72-73
• 4.4.1.2 預處理堿濃度73-74
• 4.4.2 鈣鈦礦氧化物體系74-77
• 4.4.2.1 微波預處理時間75
• 4.4.2.2 預處理堿濃度75-77
• 4.5 本章小結77-79
• 第五章 結論與展望79-81
• 5.1 結論79-80
• 5.2 展望80-81
• 參考文獻81-87
• 致謝87-89
• 研究成果及發(fā)表的學術論文89-91
• 作者和導師簡介91-93
• 附件93-94

【參考文獻】

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本文編號：683834