為了減少對化石燃料的依賴并減輕因化石能源消耗而造成的環(huán)境問題,開發(fā)利用可再生清潔能源具有重要的戰(zhàn)略以及經(jīng)濟意義。生物質(zhì)資源由于其豐富的儲量,低污染以及可再生性而被作為清潔可再生能源,其轉(zhuǎn)化生成的平臺化合物(葡萄糖,5-羥甲基糠醛,乙酰丙酸等)可作為合成部分化學(xué)品以及燃料的原料,能夠有效緩解由于使用化石能源而帶來的壓力。傳統(tǒng)的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化方式由于產(chǎn)率低,反應(yīng)條件苛刻,選擇性低且易對環(huán)境造成污染而應(yīng)用受限。設(shè)計合成高效的催化劑在溫和條件下催化轉(zhuǎn)化生物質(zhì)為平臺化合物具有重要的意義�；诖吮菊撐拈_展了以下工作:(1)氨基酸質(zhì)子化離子液體催化轉(zhuǎn)化纖維素為總還原糖以天然氨基酸作為前體,與硫酸通過一步簡單的酸堿中和反應(yīng)綠色制備了一系列不同結(jié)構(gòu)的氨基酸質(zhì)子化離子液體(AAPILs)。制備的AAPILs保留有氨基酸所具有的功能特性,催化劑上含有的氨基、羧基和輕基分別作為催化域和結(jié)合域協(xié)同促進纖維素的水解。在所有的AAPILs中,賴氨酸衍生的離子液體由寧其更多的催化位點而對纖維素轉(zhuǎn)化表現(xiàn)出了最佳的催化性能,在130℃下反應(yīng)1.5 h,50 mg催化劑能夠?qū)?00mg纖維素完全轉(zhuǎn)化,同時總還原糖的產(chǎn)率達到67.1%。與其他離子液體催化劑相比,AAPILs制備條件溫和,沒有副反應(yīng)的發(fā)生,成本相對較低。(2)同時具有Br(?)nsted酸性和Lewis酸性的金屬有機框架催化劑催化轉(zhuǎn)化葡萄糖為乙酰丙酸選取金屬有機框架——MIL-100(Fe)作為載體,將具有Br(?)nsted酸性的賴氨酸功能化的磷鎢酸包封于MIL-100(Fe)的介孔孔道內(nèi),制備了同時具有Br(?)nsted酸性和Lewis酸性的催化劑(Lys-PM2)。在葡萄糖的轉(zhuǎn)化過程中催化劑具有的Bransted酸性和Lewis酸性能夠分別促進葡萄糖異構(gòu)為果糖以及果糖的進一步降解,這對于LA的產(chǎn)率有著顯著的促進作用。150℃下水溶劑中水熱反應(yīng)9 h,25 mg Lys-PM2能夠?qū)?00 mg葡萄糖完全轉(zhuǎn)化,獲得57.9%的乙酰丙酸產(chǎn)率。同時催化劑還具有優(yōu)異的循環(huán)性能。(3)氨基酸功能化的磷鎢酸納米銀催化轉(zhuǎn)化纖維素為總還原糖。選取同時具有氧化性和還原性的磷鎢酸作為還原劑,通過紫外光燈照射,將磷鎢酸從氧化態(tài)轉(zhuǎn)化為還原態(tài)然后加入硝酸銀得到磷鎢酸包覆的納米銀前驅(qū)體,之后通過酸堿中和反應(yīng)將氨基酸與磷鎢酸復(fù)合固載于納米銀表面,得到一系列的氨基酸功能化的磷鎢酸納米銀催化劑。通過對比發(fā)現(xiàn)制備的氨基酸功能化磷鎢酸納米銀對纖維素的轉(zhuǎn)化有顯著的促進作用,與未負(fù)載氨基酸的磷鎢酸納米銀相比總還原糖的產(chǎn)率有著顯著的提升。其中酪氨酸復(fù)合的催化劑(TyrPTA-Ag),140℃的最優(yōu)條件下反應(yīng)1.5h纖維素的轉(zhuǎn)化率近乎100%,同時TRS的產(chǎn)率高達71.3%。氨基酸功能化磷鎢酸納米銀催化劑克服了氨基酸功能化磷鎢酸不可回收的缺點并表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能。
【學(xué)位單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK6;O643.36
【部分圖文】：

是生物質(zhì)將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的形勢存在于生物質(zhì)中，通過一定，能夠得以利用的能源[17-19]。質(zhì)可以通過多種方法轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)產(chǎn)品以及燃料。由于生物到 0.8 %，硫含量為 0.1 %，遠遠低于化石能源的氮硫含量，而且源，因此開發(fā)以及利用生物質(zhì)能源對于保護生態(tài)環(huán)境有著十分積物質(zhì)能源的未來具有巨大的發(fā)展空間。2 生物質(zhì)的組成質(zhì)主要由 C、H、O、N、S 五種元素組成，按照原料的化學(xué)組成可以脂和木質(zhì)纖維素等幾類[25,26]。生物質(zhì)的主要組成為木質(zhì)纖維素（圖量的 95%以上[27]；木質(zhì)纖維類生物質(zhì)由三種含氧高分子有機聚合物纖維素和半纖維素，其中纖維素占 40 %至 80 %，木質(zhì)素占 10 %到 15 %到 30 %，三大組分共同組成了細胞壁的主要成分[27-31]。

2）物化轉(zhuǎn)化：以物理化學(xué)的方法將木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為氣固液等形式的燃轉(zhuǎn)化方法為熱解法和氣化法。熱解法是通過隔絕空氣的條件下加熱木質(zhì)纖物質(zhì)得到液態(tài)或氣態(tài)的混合物和含碳固體化合物；氣化法是在較高溫下將化氣體（CO/H2、CH4、CO2），之后 CO/H2通過 Fischer-Tropsch 反應(yīng)可烴燃料[37]。熱轉(zhuǎn)化法有效的提高了生物質(zhì)資源的利用率。但這種技術(shù)仍然不能夠大規(guī)模的生產(chǎn)利用。3）生化轉(zhuǎn)化：利用生物自身酶的作用或者化學(xué)的方法將木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化小分子平臺化合物（單體糖），單體糖可通過進一步的加工轉(zhuǎn)化為燃料和化作為木質(zhì)纖維素中占比大且較難水解的部分，纖維素的水解是木質(zhì)纖維素點，也是單體糖進一步加工轉(zhuǎn)化的前提條件。這種方法充分有效的利用了每一種成分，但較為苛刻的設(shè)備要求以及復(fù)雜的條件需求阻攔了其大規(guī)模的轉(zhuǎn)化方法，在溫和條件下高效轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維素是目前研究的焦點[38]。

生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化受到越來越多的關(guān)注。受木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的影響，生物質(zhì)性的化學(xué)品。迄今為止，生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化研究主要以半纖維素和纖維分為兩類：（1）對于原料本身進行物理化學(xué)加工或改性制備功能材纖維素鏈上的羥基進行化學(xué)改性，如酯化、醚化、酰化等，這些改常生活或者工業(yè)中都有著廣泛的用途[39]；（2）通過生物酶或化學(xué)方維素降解為單糖以及其他小分子生物質(zhì)基化學(xué)品，經(jīng)進一步加工轉(zhuǎn)（圖 1-3）。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 路瑤;魏賢勇;宗志敏;陸永超;趙煒;曹景沛;;木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用[J];化學(xué)進展;2013年05期

2 曾湘;袁霞;吳劍;羅和安;;超穩(wěn)Y沸石封裝磷鎢酸的制備、表征及其催化性能[J];化工學(xué)報;2010年06期

3 余寅;唐宏德;郭家寶;;中國可再生能源發(fā)展前景分析[J];華東電力;2009年08期

4 王海;盧旭東;張慧媛;;國內(nèi)外生物質(zhì)的開發(fā)與利用[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2006年S1期

5 何冠明;何國正;;我國石油資源和能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略問題探析[J];能源研究與利用;2006年06期

本文編號：2831781