發(fā)布時(shí)間：2017-11-07 15:15

  本文關(guān)鍵詞：微波輔助木質(zhì)素降解及微藻油提取

  更多相關(guān)文章： 生物質(zhì) 木質(zhì)素 微藻 生物柴油 微波 供氫劑 離子液體 氧化降解 模型物 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

【摘要】：人類(lèi)社會(huì)的工業(yè)發(fā)展在很大程度上依賴石化資源的利用,隨著石化資源消耗的速度逐漸增加,現(xiàn)有的非可再生資源已無(wú)法滿足人類(lèi)的需求。尋找石化資源的替代品,成為全世界科研人員的共同訴求。生物質(zhì)資源在自然界中的儲(chǔ)存量巨大,具有可再生性,培育過(guò)程還可以通過(guò)光合作用固定CO2,被認(rèn)為是能源危機(jī)的解決方案之一。造紙工業(yè)的廢水以及農(nóng)業(yè)廢棄物中含有大量的木質(zhì)素,木質(zhì)素由苯丙烷單元聯(lián)接而成,因此,可以作為芳香化合物的一大來(lái)源。微藻細(xì)胞中含有大量的油脂,可以通過(guò)提取、轉(zhuǎn)化制備生物柴油。將木質(zhì)素和微藻這兩種生物質(zhì)高效利用起來(lái),可以緩解能源危機(jī),改善環(huán)境,具有十分重要的意義。與傳統(tǒng)加熱相比,微波加熱通過(guò)電磁輻射直接作用于分子／離子,極性分子在微波場(chǎng)中高速旋轉(zhuǎn),離子在微波場(chǎng)中快速遷移,通過(guò)摩擦生熱,電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。這種能量傳遞方式比傳統(tǒng)加熱效率更高,速度更快。另外,微波技術(shù)對(duì)體系加熱均一,體系中無(wú)溫度差。因此,微波加熱反應(yīng)的副反應(yīng)較少,目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性較高。將微波技術(shù)利用于木質(zhì)素降解,可以提高反應(yīng)速率、降低反應(yīng)活化能、提高反應(yīng)選擇性。對(duì)于微藻油的提取,微波技術(shù)可以促進(jìn)細(xì)胞壁的破裂,加快油脂的提取,提高油脂提取率。圍繞以上兩個(gè)方面,本文主要開(kāi)展了以下工作：(1)在微波輔助條件下研究苯乙基苯醚在供氫溶劑中的降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué),考察苯乙基苯醚初始濃度、對(duì)甲苯磺酸濃度對(duì)苯乙基苯醚轉(zhuǎn)化率、苯酚收率的影響,結(jié)果表明,苯乙基苯醚初始濃度越高,其轉(zhuǎn)化率越低,苯酚收率越低；對(duì)甲苯磺酸濃度越高,苯乙基苯醚轉(zhuǎn)化率越高,苯酚收率越高。對(duì)比微波加熱和傳統(tǒng)加熱條件下的降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué),用阿倫尼烏斯方程擬合所得,微波加熱條件下降解反應(yīng)活化能為81.97 kJ.mo1-,傳統(tǒng)加熱條件下為111.37 kJ.mo1-,前者比后者低26.4%。微波不僅可以加快反應(yīng)速率,還可以降低反應(yīng)活化能,提高反應(yīng)選擇性。根據(jù)對(duì)降解機(jī)理的推測(cè),四氫萘在反應(yīng)中給出一個(gè)氫自由基,得到的自由基和體系中的木質(zhì)素降解所形成的自由基反應(yīng),形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物。(2) 選擇芐苯醚和愈創(chuàng)木酚作為木質(zhì)素模型物,研究其在微波輔助條件下在29種離子液體中的降解。結(jié)果表明,對(duì)于芐苯醚降解催化效果最好的離子液體為[CmMIM]BF4,[BMIM]HSO4和[BsMIM]HSO4,;對(duì)于愈創(chuàng)木酚降解催化效果最好的離子液體為[CmMIM]Cl,[BMIM]HSO4和[BsMIM]HSO4。酸度最高的四種離子液體為[CmMIM]BF4, [CmMIM]Cl, [BMM]HSO4和[BsMIM]HSO4。證明,離子液體酸度越高,其催化效果越好。而模型物轉(zhuǎn)化率和離子液體酸度的相關(guān)性并不嚴(yán)格,說(shuō)明酸度并不是影響降解的唯一因素。微波將芐苯醚的降解速率增加了6.5倍,將愈創(chuàng)木酚的降解速率增加了11倍,并且還增加了降解反應(yīng)目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性。根據(jù)GC-MS對(duì)降解產(chǎn)物分析的結(jié)果,推測(cè)兩種模型物降解的機(jī)理,芐苯醚降解存在SB1機(jī)理和SN2機(jī)理,愈創(chuàng)木酚降解僅有SN2機(jī)理,無(wú)SN1機(jī)理。離子液體可以回收再利用,回收四次,離子液體結(jié)構(gòu)不變,催化活性無(wú)降低。(3) 選擇α-羥基苯乙基苯醚、香草醇、對(duì)羥基苯甲醇作為木質(zhì)素模型物質(zhì),考察其在微波輔助條件下,在14種金屬鹽催化下的氧化降解。微波和金屬鹽相結(jié)合的效果很好。微波技術(shù)可以促進(jìn)三種模型物的降解。在14種金屬鹽催化劑中,CrCl3,MnCl2和CuCl2對(duì)于α-羥基苯乙基苯醚氧化降解的催化效果最好,CrCl3, MnCl2,和CoCl2對(duì)于香草醇氧化降解的催化效果最好,CaCl2, CrCl3,MnCl2,和ZnC12對(duì)于對(duì)羥基苯甲醇的催化效果最好。模型物的轉(zhuǎn)化率和金屬鹽酸度大致符合以下規(guī)律：金屬鹽酸度越高,模型物轉(zhuǎn)化率越高。(4) Chlorella sorokiniana, Nannochloropsis salina和Galdieria sulphuraria被用作微藻油的來(lái)源,用[BMIM][HSO4]作為提取溶劑和催化劑。比較了微波輻射、傳統(tǒng)加熱對(duì)萃取的影響,油脂組成用GC-MS進(jìn)行分析。結(jié)果表明,微波技術(shù)和離子液體相結(jié)合對(duì)Chlorella sorokiniana, Nannochloropsis salina 和 Galdieria sulphuraria中微藻油的萃取具有很好的促進(jìn)效果；微波輻射比起傳統(tǒng)加熱、超聲輻射,可以大大提高油脂萃取率,微波輻射可以將Chlorella sorokiniana中微藻油萃取率提高20倍,可以將Nannochloropsis salina中微藻油萃取率提高4倍,可以將Galdieria sulphuraria中微藻油萃取率提高12倍；礦物酸的加入可以提高微藻油的萃取率,推測(cè)可能是由于礦物酸促進(jìn)了細(xì)胞壁的破裂和細(xì)胞壁上氫鍵的斷裂,從而有助于離子液體非極性通道的形成。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TE667

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉學(xué)蘇,李廣學(xué);木質(zhì)素的應(yīng)用進(jìn)展[J];廣州化工;2005年04期

2 聶明才;霍淑平;孔振武;;木質(zhì)素模型化合物的研究進(jìn)展[J];林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè);2010年05期

3 杜彥山;劉敏勝;徐春保;楊巧利;張雨忠;;微藻油脂提取技術(shù)進(jìn)展[J];糧食與油脂;2012年02期

4 李忠正;;可再生生物質(zhì)資源——木質(zhì)素的研究[J];南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年01期

5 王麗倩;小麥草堿木質(zhì)素性質(zhì)的研究[J];南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1987年03期

6 房娟;唐蘭勤;邵榮;云志;;降解木質(zhì)素的研究進(jìn)展[J];化工新型材料;2014年04期

7 熊俊;潘晶瑩;呂秀陽(yáng);;微波作用下芐苯醚催化轉(zhuǎn)移氫解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)[J];化工學(xué)報(bào);2012年05期

8 石斌,楊圣闖,門(mén)秀杰,李慎偉,闕國(guó)和;供氫(氘)劑在減壓渣油四組分裂化中的作用及其同位素效應(yīng)[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2005年05期

9 段亮;呂永康;;木質(zhì)素工業(yè)研究進(jìn)展[J];山西化工;2010年03期

10 Xinping Ouyang;Guodian Zhu;Xiangzhen Huang;Xueqing Qiu;;Microwave assisted liquefaction of wheat straw alkali lignin for the production of monophenolic compounds[J];Journal of Energy Chemistry;2015年01期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 趙巖;生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化制備芳烴化合物的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張洋;羥基自由基與苯酚和1-硝基環(huán)己烯反應(yīng)的量子化學(xué)研究[D];陜西師范大學(xué);2008年

，

本文編號(hào)：1152949