本文關鍵詞：基于多酸的固體酸催化劑在生物能源方面的應用

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【摘要】：隨著傳統(tǒng)石化能源的消耗日益增加,可再生能源的發(fā)展逐漸成為了21世紀最重要的問題之一。伴隨著化石燃料的快速消耗相應的環(huán)境問題日益嚴重,例如二氧化碳過度排放引起的全球變暖問題,汽車尾氣的排放所引起的霧霾天氣等。尋找清潔的可再生能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石化能源,已成為全球人類越來越迫切解決的問題。生物能源作為一類可再生能源,因其有著豐富的原料來源越來越受到科學家們的關注。其中生物柴油、5-HMF、纖維素酯類等都是生物能源產(chǎn)品中非常重要的組成部分,它們都可以通過酸催化反應以生物質(zhì)資源為原料制備而成,而酸催化劑是酸催化反應中不可缺少的部分。因此,酸催化劑和酸催化反應的研究是生物能源研究中-個非常重要的領域。本文基于Keggin型多金屬氧酸鹽,一方面,圍繞聚合物為載體,設計合成了高活性、高選擇性的固體酸催化劑,使其代替?zhèn)鹘y(tǒng)無機酸,從而以生物質(zhì)資源為原料簡便高效的制備出生物柴油、5-HMF等高附加值產(chǎn)品；另一方面,借助多金屬氧酸鹽的穩(wěn)定性、環(huán)境友好性使其與濃H2SO4混合使用,用于纖維素酯類產(chǎn)品的制備反應,得到了高粘度、高分子量的纖維素酯類產(chǎn)品。采用FT-IR、BET、TG、HRTEM、TPD、NMR等多種手段對產(chǎn)品進行了表征。主要研究成果如下：1.研究了一種基于Keggin型多酸的新型固體酸催化劑的制備,探究對長鏈脂肪酸的酯化反應和果糖脫水反應的催化活性。此催化劑的制備步驟為：首先,合成一種高比表面積、多活性位點的大孔聚合物；其次,將多酸與其混合反應生成目標催化劑。我們探討了該催化劑對果糖脫水、月桂酸和甲醇的酯化反應的催化性能,結果表明：兩種反應的產(chǎn)率均達98%以上。2.研究了醋酸丙酸纖維素的制備。探究了不同催化劑制備醋酸丙酸纖維素的性能,選擇以多酸與濃H2SO4摻雜為其催化劑,分別探究了酯化溫度、酯化時間對產(chǎn)品的影響。該催化劑不僅可以得到理想的醋酸丙酸纖維素產(chǎn)品,同時還有不腐蝕反應容器、催化性能穩(wěn)定等優(yōu)點。總之,制備了基于Keggin型多酸的新型固體酸催化劑,研究了其在果糖脫水、月桂酸和甲醇酯化反應中的應用及多酸摻雜濃H2SO4在纖維素酯化反應的應用。采用HRTEM、XPS、NMR、BET、TPD、FT-IR等方法對產(chǎn)物進行了表征。結果表明：該催化劑有著很好的工業(yè)應用潛能。
【關鍵詞】：聚合物 脫水 酸催化劑 酯化
【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】：O643.36;TK6
【目錄】：

• 學位論文數(shù)據(jù)集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 緒論16-32
• 1.1 課題研究背景16-20
• 1.1.1 生物柴油16-17
• 1.1.2 5-羥甲基糠醛17-19
• 1.1.3 醋酸丙酸纖維素19-20
• 1.2 酸催化20-21
• 1.2.1 酯化反應20-21
• 1.2.2 脫水反應21
• 1.3 酸催化劑21-29
• 1.3.1 無機酸催化劑21-22
• 1.3.2 多金屬氧酸鹽22-23
• 1.3.3 固體酸催化劑23-29
• 1.3.3.1 以金屬氧化物為載體的固體酸催化劑23-25
• 1.3.3.1.1 二氧化鋯為載體23-24
• 1.3.3.1.2 二氧化鈦為載體24
• 1.3.3.1.3 復合金屬氧化物為載體24-25
• 1.3.3.2 以二氧化硅為載體的固體酸催化劑25-26
• 1.3.3.2.1 二氧化硅負載多酸25-26
• 1.3.3.2.2 二氧化硅負載硫酸26
• 1.3.3.3 以碳基材料為載體的固體酸催化劑26-27
• 1.3.3.4 以聚合物為載體的固體酸催化劑27-29
• 1.3.3.4.1 聚苯乙烯為載體27-28
• 1.3.3.4.2 離子交換樹脂為載體28-29
• 1.4 論文的研究內(nèi)容、目的和意義29-32
• 1.4.1 論文選題的目的及意義29-30
• 1.4.2 論文的研究內(nèi)容30-32
• 第二章 基于KEGGIN型多酸新型固體酸的合成及應用32-56
• 2.1 引言32
• 2.2 實驗部分32-36
• 2.2.1 實驗藥品33
• 2.2.2 實驗儀器33-34
• 2.2.3 催化劑的制備34-35
• 2.2.4 催化反應35-36
• 2.2.5 產(chǎn)物的分析及其計算方法36
• 2.3 結果與討論36-54
• 2.3.1 催化劑表征37-41
• 2.3.1.1 傅里葉-紅外37-38
• 2.3.1.2 BET及TPD38
• 2.3.1.3 TG-TDA38-39
• 2.3.1.4 HRTEM39-40
• 2.3.1.5 固體核磁40
• 2.3.1.6 XPS40-41
• 2.3.2 果糖脫水反應41-48
• 2.3.2.1 催化劑質(zhì)量對果糖脫水反應的影響41-42
• 2.3.2.2 反應溫度對對果糖脫水反應的影響42-43
• 2.3.2.3 反應時間對果糖脫水反應的影響43
• 2.3.2.4 不同糖類的脫水反應43-44
• 2.3.2.5 不同催化劑對果糖脫水反應的影響44-45
• 2.3.2.6 果糖脫水反應動力學的研究45
• 2.3.2.7 果糖脫水反應過程中的核磁檢測45-46
• 2.3.2.8 固體酸催化劑的回收利用46-47
• 2.3.3.9 多相催化劑(compound 3和compound 4)的證明47-48
• 2.3.3 月桂酸酯化反應48-54
• 2.3.3.1 催化劑量對月桂酸酯化反應的影響48-49
• 2.3.3.2 反應溫度對月桂酸酯化反應的影響49
• 2.3.3.3 反應時間對月桂酸酯化反應的影響49-50
• 2.3.3.4 酸醇比對月桂酸酯化反應的影響50-51
• 2.3.3.5 其余長鏈脂肪酸的酯化反應51-52
• 2.3.3.6 不同催化劑對月桂酸酯化反應的影響52
• 2.3.3.7 月桂酸酯化反應的動力學研究52-53
• 2.3.3.8 月桂酸酯化反應的回收利用和擴大實驗53-54
• 2.4 本章小結54-56
• 第三章 醋酸丙酸纖維素的制備56-70
• 3.1 引言56-57
• 3.2 實驗部分57-60
• 3.2.1 實驗藥品57
• 3.2.2 實驗儀器57-58
• 3.2.3 催化劑的制備58-59
• 3.2.4 催化反應59-60
• 3.2.5 產(chǎn)物的分析及其計算方法60
• 3.3 結果與討論60-69
• 3.3.1 催化劑表征60-62
• 3.3.1.1 傅里葉-紅外60-61
• 3.3.1.2 BET61-62
• 3.3.1.3 元素分析62
• 3.3.2 醋酸丙酸纖維素的合成62-69
• 3.3.2.1 不同催化劑對醋酸丙酸纖維素合成的影響62-64
• 3.3.2.2 反應溫度對醋酸丙酸纖維素合成的影響64-65
• 3.3.2.3 反應時間對醋酸丙酸纖維素合成的影響65-66
• 3.3.2.4 醋酸丙酸纖維素的SEM分析66-67
• 3.3.2.5 醋酸丙酸纖維素的紅外分析67
• 3.3.2.6 醋酸丙酸纖維素的GPC分析67-69
• 3.4 本章小結69-70
• 第四章 結論及展望70-72
• 參考文獻72-78
• 研究成果及發(fā)表的學術論文78-80
• 致謝80-82
• 作者及導師簡介82-83
• 附件83-84

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：893791