高温液态水中CO催化棉纤维水解制取葡萄糖的研究

摘要

纤维素水解制取葡萄糖,再发酵生产燃料乙醇是一条开发生物质资源的清洁途径,对解决能源紧缺和环境问题都具有重要的意义。利用CO<,2>的非腐蚀性和无污染性,以及高温液态水相对温和的条件,可以提高水解产物中葡萄糖的稳定性,同时也能避免传统强酸催化过程中的污染问题。本论文在高温液态水中,以脱脂棉为纤维素模型化合物和CO<,2>为催化剂,对纤维素水解制取葡萄糖过程进行系统的研究。 论文对葡萄糖在超 (亚) 临界水/甲醇中的稳定性进行了实验研究。发现温度是影响葡萄糖稳定的主要因素,在介质水和甲醇中,温度越高,葡萄糖的稳定性越低。葡萄糖在250℃以下具有较好的稳定性。在超(亚)临界水中,压力对葡萄糖的稳定性影响不明显；在超(亚)临界甲醇中,葡萄糖的稳定性随着压力升高而降低,当达到临界压力时降低到最小值,再升高压力,稳定性基本不变。停留时间越长,葡萄糖在超临界水和甲醇中越不稳定。此外,葡萄糖在超临界甲醇中的稳定性要高于在超临界水中的稳定性。 以CO<,2>为催化剂,采用间歇反应器在高温液态水中系统研究了脱脂棉水解制取葡萄糖的过程。葡萄糖的收率取决于纤维素水解生成葡萄糖的速率和葡萄糖降解速率之差,而反应速率主要是由温度决定。发现在200℃左右时,葡萄糖的收率最高,此后随着温度的升高,葡萄糖的收率迅速减小。葡萄糖的选择性先随着压力的升高而增大,在10MPa时达到最大值,然后逐渐减小。这是由于高的CO<,2>压力增强了体系的酸度,一方面加速了纤维素的水解,有利于葡萄糖的生成,另一方面降低了葡萄糖的稳定性。过长的反应时间不利于葡萄糖选择性的提高。 本论文研究了脱脂棉纤维在富含CO<,2>的高温液态水中水解制取葡萄糖的反应动力学,建立了等压和恒温反应的宏观动力学模型。等压和恒温反应动力学模型的计算值与实验值相对误差都小于±15﹪。模型分析表明,提高反应温度有利于提高葡萄糖的选择性,但高温不利于葡萄糖的稳定；增大CO<,2>压力在增大葡萄糖收率的同时加剧了葡萄糖的降解。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1引言

1.2生物质能简介

1.3纤维素类物质的开发利用现状

1.3.1木质纤维素的结构

1.3.2气化工艺

1.3.3液化工艺

1.3.4酸水解工艺

1.3.5酶水解工艺

1.3.6超临界水解工艺

1.4纤维素水解制取葡萄糖技术中存在的主要问题

1.5本论文的研究思路和内容

1.5.1研究思路

1.5.2研究内容

第二章实验装置和实验方法

2.1实验装置

2.2实验操作步骤

2.2.1葡萄糖在超(亚)临界水/甲醇中稳定性实验

2.2.2纤维素在富含CO2的高温液态水中水解反应实验

2.3分析方法

2.3.1化学试剂

2.3.2分析方法

2.3.3标准曲线的绘制

2.4实验方法

2.4.1连续反应

2.4.2间歇反应

2.4.3水解反应动力学

第三章葡萄糖在超(亚)临界水/甲醇中的稳定性研究

3.1引言

3.2葡萄糖在超临界水中的降解途径

3.3过程参数对葡萄糖稳定性的影响

3.3.1温度的影响

3.3.2压力的影响

3.3.3停留时间的影响

3.4本章小结

第四章高温液态水中CO2催化棉纤维水解制取葡萄糖过程研究

4.1引言

4.2脱脂棉水解过程特性

4.3脱脂棉水解产物分析

4.4过程参数对脱脂棉水解的影响

4.4.1温度的影响

4.4.2压力的影响

4.4.3反应时间的影向

4.5本章小结

第五章高温液态水中CO2催化棉纤维水解制取葡萄糖过程动力学研究

5.1引言

5.2反应产物浓度变化规律

5.2.1 CO2压力的影响

5.2.2温度的影响

5.3反应动力学模型

5.3.1等压反应动力学模型

5.3.2恒温反应动力学模型

5.4本章小结

第六章结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文