稻草水解及残渣基炭磺酸催化作用的研究

摘要

稻草作为生物质的重要组成部分，分布广泛，数量巨大。将稻草秸秆水解糖化，然后通过微生物发酵生产燃料乙醇被认为是稻草利用的有效途径之一。随着催化科学的发展和环境意识的增强，研制可重复使用、易分离且成本低的绿色化固体酸催化剂成为催化剂发展领域的研究热点。将稻草水解残渣热解炭化后磺化改性，制备成为一种新型廉价的固体磺酸材料，可有效实现生物质资源的全利用。主要工作有：
　　 (1)在微波辐射条件下对硫酸催化稻草水解过程进行了研究。考察了微波辐射功率、处理时间、硫酸质量分数及稻草添加量对水解成还原糖的影响。与常规酸水解比较，微波辐射可显著加快水解速率，缩短糖化时间。采用正交试验法对微波辐射下稻草酸解条件进行了优化，其最佳条件为：微波功率280 W，辐射时间30 min，硫酸质量分数25％，稻草添加量30 g/L，还原糖得率达到26.45％。
　　 (2)以稻草水解残渣为原料，经减压热解炭化和发烟硫酸磺化制备出一种新型固体酸催化剂。系统考察了影响炭磺酸酸量的炭化条件，包括炭化温度，升温速率，炭化时间等。实验证明，炭化最优条件为：温度100℃，升温速率7.5℃/min，炭化时间3 h。将该炭化条件下得到的残渣炭进一步磺化制备的固体酸的酸量最高达到2.418 mmol/g。对在最优条件下制备的固体酸催化剂采用X射线衍射、红外光谱和热重分析等多种现代测试手段进行结构表征。可以推断，所制备的磺酸材料具有不定形炭结构，磺化后芳环上成功引入了磺酸基团，构成了材料的质子酸中心，且该酸中心的热稳定性在200℃以上。
　　 (3)稻草酸解残渣炭磺酸催化剂可以有效催化环己酮的自缩合反应。在环己酮用量30 mmol，催化剂用量1.5 mol％，105℃条件下反应3 h，环己酮转化率可达到84.1％，目标产物二聚物的选择性可达到84.9％。
　　 (4)稻草酸解残渣炭磺酸在甘油缩环己酮反应中也表现出了良好的催化活性。在环己酮用量0.10 mol，丙三醇0.12 mol，催化剂用量10 mg，带水剂环己烷15 mL，反应2.5 h条件下，环己酮转化率可达99.3％，重复使用3次后仍有较好的转化率。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1引言

1.2木质纤维素类资源的开发利用

1.2.1木质纤维素类物质的组成及其性质

1.2.2木质纤维素类资源国内外发展概况

1.3木质纤维素的水解糖化

1.3.1木质纤维素的酸水解

1.3.2木质纤维素的酶水解

1.4生物质固体磺酸材料的制备与应用

1.4.1几种代表性固体磺酸催化剂的应用

1.4.2由生物质出发制备固体磺酸的研究进展

1.5结语

第二章微波辐射对稻草酸水解的促进作用研究

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1原料、试剂及仪器

2.2.2 DNS法测定还原糖实验原理及步骤

2.2.3稻草酸水解实验

2.3结果与讨论

2.3.1葡萄糖标准曲线

2.3.2操作条件对微波辐射下稻草酸水解的影响

2.3.3微波辐射下酸水解与常规酸水解的比较

2.3.4微波辐射下稻草酸水解的正交优化实验

2.4小结

第三章稻草水解残渣基炭磺酸的制备及表征

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1试剂及仪器

3.2.2稻草水解残渣基炭磺酸的制备

3.2.3稻草水解残渣基炭磺酸的分析与表征

3.3结果与讨论

3.3.1炭化条件对稻草水解残渣基炭磺酸酸量的影响

3.3.2稻草水解残渣基炭磺酸的分析与表征

3.4小结

第四章稻草水解残渣基炭磺酸的催化应用

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1试剂及仪器

4.2.2环己酮自缩合反应实验

4.2.3甘油缩酮反应实验

4.3结果与讨论

4.3.1稻草水解残渣基炭磺酸在环己酮自缩合反应中的应用

4.3.2稻草水解残渣基炭磺酸在甘油缩酮反应中的应用

4.4小结

结语

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢