本文關(guān)鍵詞：碳水化合物的選擇性轉(zhuǎn)化研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：催化可再生的碳水化合物(纖維素,半纖維素等)轉(zhuǎn)化為高附加值的平臺(tái)化學(xué)品,能夠降低人類(lèi)社會(huì)發(fā)展對(duì)化石資源的依賴性,有利于緩解當(dāng)前嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題,對(duì)于保障我國(guó)能源、資源及社會(huì)安全,推動(dòng)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本論文研究了在亞臨界雙相和單相溶劑體系中,碳水化合物在酸性催化劑或者無(wú)催化劑作用下轉(zhuǎn)化為平臺(tái)化學(xué)品的性能及規(guī)律,并根據(jù)產(chǎn)物分布情況對(duì)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行相應(yīng)的總結(jié)。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)構(gòu)建了酸性離子液體-甲基異丁基酮(MIBK)/H2O雙相催化體系,研究了該催化體系中蔗渣等多種典型的農(nóng)業(yè)廢棄物中碳水化合物(纖維素和半纖維素)的催化轉(zhuǎn)化及木質(zhì)素的分離。在該催化體系中,原料在水相中發(fā)生碳水化合物的酸催化解聚,并釋放結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的木質(zhì)素組分。而木質(zhì)素則被有機(jī)相萃取保護(hù)起來(lái),以有機(jī)溶劑型木質(zhì)素的形式存在。實(shí)現(xiàn)了“一鍋法”催化轉(zhuǎn)化原生生物質(zhì)中的碳水化合物和分離木質(zhì)素。研究發(fā)現(xiàn),在優(yōu)化的條件下蔗渣的轉(zhuǎn)化率為85.8%,水溶性產(chǎn)物的產(chǎn)率和木質(zhì)素的脫除率分別為71.4%和76.3%;(2)研究了系列磺酸功能化離子液體催化纖維素在生物丁醇中轉(zhuǎn)化為全生物質(zhì)基乙酰丙酸丁酯的性能。并系統(tǒng)考察了催化劑的酸強(qiáng)度,用量,反應(yīng)溫度,時(shí)間和溶劑對(duì)纖維素轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)物分布規(guī)律的影響。結(jié)果表明,以酸度最強(qiáng)的功能化離子液體1-(4-磺酸丁基)-3-甲基咪唑硫酸氫鹽([C4H8SO3Hmim]HSO4)為催化劑,在0.5 mmol催化劑用量、20 m L的溶劑用量、180 oC的反應(yīng)溫度下反應(yīng)45 min后,纖維素的轉(zhuǎn)化率高達(dá)98.4%,乙酰丙酸丁酯的產(chǎn)率為31.1%,同時(shí)共生產(chǎn)物甲酸丁酯、水溶性產(chǎn)物和生物油的產(chǎn)率分別為33.4%、20.6%和23.8%;(3)在無(wú)催化劑條件下,探索了以果糖為模型化合物在亞臨界溶劑中脫水轉(zhuǎn)化的規(guī)律。詳細(xì)研究了反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)果糖轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物產(chǎn)率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在無(wú)催化劑反應(yīng)體系中,5-羥甲基糠醛的產(chǎn)率很低而副產(chǎn)物的產(chǎn)率較高。通過(guò)質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)副產(chǎn)物是由果糖分子間脫水形成的低聚糖組成。另外,通過(guò)對(duì)比不同的溶劑對(duì)果糖轉(zhuǎn)化性能的影響發(fā)現(xiàn),水可以作為無(wú)催化劑存在下果糖轉(zhuǎn)化為5-羥甲基糠醛的優(yōu)良反應(yīng)介質(zhì);(4)研究了果糖基碳水化合物在無(wú)催化劑的MIBK/H2O雙相體系中自催化轉(zhuǎn)化為5-羥甲基糠醛的性能,并開(kāi)發(fā)了新型的產(chǎn)物分離純化方法。在該體系中,果糖在水相中完成自催化轉(zhuǎn)化為5-羥甲基糠醛的過(guò)程之后,產(chǎn)物則富集于有機(jī)相中。在優(yōu)化的條件下,果糖的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率可以達(dá)到96.8%和73.6%。該無(wú)催化劑雙相體系具有較好的應(yīng)用性,可以實(shí)現(xiàn)高濃度的果糖轉(zhuǎn)化和不同種類(lèi)的原料轉(zhuǎn)化。此外,我們發(fā)展的Na OH中和法,用于該雙相體系中產(chǎn)物的分離與純化,實(shí)現(xiàn)了5-羥甲基糠醛的高效回收(回收率99%)和純化(純度98%)。因此,所構(gòu)建的自催化雙相反應(yīng)體系及所發(fā)展的Na OH純化方法,對(duì)5-羥甲基糠醛的工業(yè)化生產(chǎn)及工藝流程的設(shè)計(jì)等具有較好的參考作用。本論文所構(gòu)建的雙相或者單相催化體系在生物質(zhì)資源的利用方面具有重要的指導(dǎo)意義,為高效的利用原生生物質(zhì)或者工業(yè)級(jí)碳水化合物制備平臺(tái)化學(xué)品提供了良好的思路。
【關(guān)鍵詞】：碳水化合物 催化轉(zhuǎn)化 雙相體系 過(guò)程強(qiáng)化 5-羥甲基糠醛
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ251.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-49
• 1.1 前言13
• 1.2 生物質(zhì)資源概述和碳水化合物研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 植物生物質(zhì)的組成14-15
• 1.2.2 碳水化合物研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 選擇性催化轉(zhuǎn)化碳水化合物16-27
• 1.3.1 催化碳水化合物轉(zhuǎn)化為呋喃類(lèi)化學(xué)品16-19
• 1.3.2 催化碳水化合物轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸類(lèi)化學(xué)品19-25
• 1.3.3 催化碳水化合物轉(zhuǎn)化為多元醇類(lèi)化學(xué)品25-26
• 1.3.4 催化碳水化合物轉(zhuǎn)化為烷基糖苷26-27
• 1.3.5 催化碳水化合物轉(zhuǎn)化為烷烴燃料27
• 1.3.6 催化碳水化合物轉(zhuǎn)化為生物碳材料27
• 1.4 過(guò)程強(qiáng)化27-29
• 1.4.1 雙相體系28
• 1.4.2 連續(xù)過(guò)程28-29
• 1.5 能量輸入方式29-30
• 1.5.1 傳統(tǒng)加熱29-30
• 1.5.2 微波加熱30
• 1.6 亞臨界溶劑30-31
• 1.7 選題目的、意義及主要研究?jī)?nèi)容31-32
• 1.7.1 選題目的與意義31-32
• 1.7.2 研究主要內(nèi)容32
• 參考文獻(xiàn)32-49
• 第二章 雙相體系中催化蔗渣高效轉(zhuǎn)化及脫木質(zhì)素研究49-67
• 2.1 引言49-50
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分50-54
• 2.2.1 原料及試劑50-51
• 2.2.2 催化劑的制備51-52
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)方法52
• 2.2.4 產(chǎn)物的分離與表征52-54
• 2.3 結(jié)果與討論54-63
• 2.3.1 反應(yīng)體系的構(gòu)建54-57
• 2.3.2 MIBK中揮發(fā)性物質(zhì)分析57-58
• 2.3.3 木質(zhì)素結(jié)構(gòu)分析58-61
• 2.3.4 水溶性產(chǎn)物分析61-62
• 2.3.5 殘?jiān)治?/span>62-63
• 2.4 本章小結(jié)63-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 第三章 雙相體系過(guò)程因素分分析析67-82
• 3.1 引言67
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分67
• 3.2.1 原料、試劑、儀器及實(shí)驗(yàn)方法67
• 3.3 結(jié)果與討論67-79
• 3.3.1 反應(yīng)過(guò)程影響因素分析67-73
• 3.3.2 反應(yīng)過(guò)程分析73-74
• 3.3.3 物料平衡分析74-76
• 3.3.4 底物拓展76-79
• 3.4 本章小結(jié)79-80
• 參考文獻(xiàn)80-82
• 第四章 酸性離子液體催化纖維素轉(zhuǎn)化為乙酰丙酸丁酯82-100
• 4.1 引言82-83
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分83-85
• 4.2.1 原料及試劑83
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)方法83
• 4.2.3 產(chǎn)物的分離與檢測(cè)83-85
• 4.3 結(jié)果與討論85-95
• 4.3.1 催化劑活性的影響85-88
• 4.3.2 影響因素分析88-92
• 4.3.3 催化劑的重復(fù)使用性能92-94
• 4.3.4 殘?jiān)治?/span>94-95
• 4.4 本章小結(jié)95-96
• 參考文獻(xiàn)96-100
• 第五章 無(wú)催化劑條件下果糖脫水轉(zhuǎn)化性能研究100-111
• 5.1 引言100-101
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分101-102
• 5.2.1 原料、試劑及儀器101
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)方法101
• 5.2.3 產(chǎn)物的檢測(cè)101-102
• 5.3 結(jié)果與討論102-108
• 5.3.1 反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)果糖轉(zhuǎn)化率的影響102-103
• 5.3.2 反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)HMF產(chǎn)率的影響103
• 5.3.3 中間體分析103-105
• 5.3.4 H NMR分析105-106
• 5.3.5 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析106-107
• 5.3.6 果糖的濃度對(duì)其脫水性能的影響107
• 5.3.7 果糖在不同溶劑中的脫水性能107-108
• 5.4 本章小結(jié)108
• 參考文獻(xiàn)108-111
• 第六章 雙相體系中果糖自催化轉(zhuǎn)化制備 5-羥甲基糠醛111-130
• 6.1 引言111
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分111-113
• 6.2.1 原料、試劑及儀器111
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)方法111
• 6.2.3 產(chǎn)物的分析檢測(cè)111-113
• 6.2.4 HMF的分離與純化113
• 6.2.5 固體殘留物的紅外分析（FT-IR）113
• 6.3 結(jié)果與討論113-127
• 6.3.1 雙相體系的構(gòu)建113-115
• 6.3.2 過(guò)程參數(shù)分析115-117
• 6.3.3 反應(yīng)底物分析117-119
• 6.3.4 產(chǎn)生的有機(jī)酸對(duì)果糖轉(zhuǎn)化性能的影響119-120
• 6.3.5 反應(yīng)過(guò)程中碳平衡分析120-122
• 6.3.6 HMF的分離與純化122-127
• 6.4 本章小結(jié)127
• 參考文獻(xiàn)127-130
• 結(jié)論130-132
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果132-134
• 致謝134-135
• 附件135

【參考文獻(xiàn)】

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

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  本文關(guān)鍵詞：碳水化合物的選擇性轉(zhuǎn)化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：361100