發(fā)布時間：2020-05-22 21:47

【摘要】：隨著石油資源的日益缺乏，人們正在加緊尋找石油資源的替代品。生物質(zhì)是石油資源最為潛在的替代物質(zhì)，因為絕大部分基于石油的化工原料和產(chǎn)品都可以從生物質(zhì)中提取得到。植物性生物質(zhì)的組成主要是碳水化合物、木質(zhì)素，碳水化合物占了生物質(zhì)總產(chǎn)量的70%，包括纖維素、半纖維素和糖，木質(zhì)素占了20%，另外還有其他物質(zhì)（脂肪、蛋白質(zhì)）占5%。要進行生物煉制，首先就要對生物質(zhì)的各組分進行分離。但生物質(zhì)中具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的木質(zhì)素和半纖維素通過化學(xué)鍵連接，又與纖維素通過氫鍵連接，這些都對生物質(zhì)的生長起到了很好的保護作用，但同時也對生物質(zhì)的分離和利用制造了障礙。離子液體是一種可對生物質(zhì)完全溶解的新型溶劑。本文以松木為生物質(zhì)原料，以離子液體和有機溶劑的混合物為溶劑，針對生物質(zhì)在混合溶液中分離和轉(zhuǎn)化的一系列關(guān)鍵問題進行了研究，包括混合溶劑的設(shè)計，生物質(zhì)的分離、改性和離子液體的回收和循環(huán)使用等問題。通過研究，主要結(jié)論如下： 1．對不同溶解理論進行了比較和分析，選擇了Hansen的三維溶解理論作為離子液體混合溶劑設(shè)計的理論基礎(chǔ)。依據(jù)此理論，設(shè)計了幾種具有不同功能的混合溶劑�；旌先軇┯呻x子液體、有機溶劑和水構(gòu)成，可以根據(jù)需要對其組成配比進行調(diào)節(jié)。通過實驗發(fā)現(xiàn)：所設(shè)計的混合溶劑對生物質(zhì)的分離效果與設(shè)計預(yù)期非常吻合，使得生物質(zhì)的分離具有可選擇性。 2．對生物質(zhì)選擇性分離的條件進行了單因素實驗，確定最佳的反應(yīng)條件為：溫度170℃左右，時間約2h。另外，實驗發(fā)現(xiàn)：離子液體的濃度增加會促進對纖維素的溶解和降解，水的存在對生物質(zhì)的分離非常重要，但在10~30%（v/v，相對離子液體）范圍內(nèi)都具有穩(wěn)定的分離效果；有機溶劑的存在對加速生物質(zhì)分離和防止降解木質(zhì)素的再縮合具有非常重要意義。對分離所得的產(chǎn)物的純度和得率進行了測算：纖維素純度為89.6~94.2wt%，得率64.9~89.9wt%；木質(zhì)素純度92.1~94.1wt%，得率89.1~94.9wt%。 3．用傅立葉紅外FT-IR、核磁共振~1H-NMR、熱分析（TGA）、X-射線衍射（XRD）、氣相-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）、高效陰離子交換色譜（HPAEC）等手段對分離所得的產(chǎn)物的物理性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)進行了表征，發(fā)現(xiàn)在分離過程中：纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯變化但聚合度D_p降到了1000左右；木質(zhì)素發(fā)生了水解，β-O-4等醚鍵被大量打斷，，分子量明顯降低，縮合不明顯；半纖維素和少量纖維素降解為糖溶解在離子液體中。 4．研究了從離子液體中分離糖的方法，發(fā)現(xiàn)在離子液體中利用CrCl_3和CrCl_3.6H_2O等催化劑可將糖轉(zhuǎn)化為HMF、胡敏素等物質(zhì)，這些產(chǎn)物通過減壓蒸餾、過濾等簡單方法從離子液體中分離，從而獲得高純度離子液體的回收。 5．研究了離子液體中木質(zhì)素在CrCl_3和CrCl_3.6H_2O催化下的改性問題，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素發(fā)生了降解和重整，分子量降低，分散性改善，甲氧基醚鍵被大量破壞，這非常有利于將木質(zhì)素與醛類物質(zhì)合成為樹脂。 6．確定了離子液體的最優(yōu)回收路線：在離子液體中對糖和木質(zhì)素進行了共混處理，先在低溫下（130℃）將糖轉(zhuǎn)化為糠醛并減壓分離，然后升溫到170℃使未反應(yīng)的糖與木質(zhì)素聚合成為胡敏素并過濾分離。這種辦法可以將絕大部分產(chǎn)物從離子液體中分離出來�；厥盏碾x子液體經(jīng)循環(huán)使用證明保留了原始特性和活性。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TK6

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：2676661