咪唑类离子液体的合成及在纤维素水解中的应用研究

摘要

木质纤维素是自然界中重要的可再生资源,将木质纤维素转化成燃料乙醇可作为一种可再生能源代替化石能源。但木质纤维素的分子间和分子内存在较强氢键并具有较高结晶度,使其溶解困难。传统的纤维素溶剂存在着不稳定、有毒害、不易回收和价格昂贵等缺点,限制了木质纤维素的开发和应用。
　　 咪唑类离子液体对纤维素具有优良溶解性能,使此类“绿色溶剂”在木质纤维素预处理方面成为了研究的热点。通过离子液体预处理木质纤维素,用纤维素酶对再生纤维素水解,将木质纤维素转化成还原糖,然后通过发酵制备燃料乙醇,可以降低乙醇的生产成本,还能解决能源的短缺问题。
　　 本论文通过一步烷基化反应制备1-丁基-3-甲基咪唑氯盐[BMIM]Cl和1-乙基-3-甲基咪唑溴盐,产率约为92％,纯度达到98％。然后将卤素离子液体的水溶液通过对应阴离子的离子交换树脂,制备了高纯度的1-丁基-3-甲基咪唑甲酸盐[BMIM][HCOO],1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐[BMIM][OAc],1-乙基-3-甲基咪唑甲酸盐[EMIM][HCOO],1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐[EMIM][OAc]。
　　 分别在40℃,50℃和60℃下对离子液体中再生的纤维素进行水解实验,与用10wt％NaOH预处理的和未经预处理的微晶纤维素进行比较,发现在各温度下离子液体预处理后的微晶纤维素较未经预处理的微晶纤维素样品水解速度提高2-3倍,同时50℃下,纤维素的转化率最高,纤维素酶反应活性最好。用离子液体分别在80℃和120℃下预处理纤维素,以及不同浓度的离子液体预处理纤维素,得出预处理温度升高和增加离子液体用量可以提高再生纤维素的水解效率。通过不同的离子液体溶液对纤维素酶活影响的实验测定,得出乙酸型离子液体对纤维素酶活基本没有影响,从而确定乙酸型离子液体为木质纤维素的理想溶剂。
　　 论文利用XRD、FT-IR对微晶纤维素及再生纤维素进行表征,结果显示经离子液体预处理后的再生纤维素的氢键强度显著降低,结晶度从81.18％降低至0％,论文对离子液体溶解纤维素的机理进行了简单的预测。

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章 文献综述

1.1 离子液体的定义及其发展史

1.1.1 离子液体的定义

1.1.2 离子液体的发展史

1.2 离子液体的合成与制备

1.2.1 季铵化反应

1.2.2 离子交换反应

1.3 离子液体的应用

1.3.1 离子液体相催化反应

1.3.2 离子液体在萃取中的应用

1.4 本论文研究思路及内容

第二章 离子液体的制备及表征

2.1 实验药品和仪器

2.2 烷基咪唑离子液体的合成及表征

2.2.1 [BMIM]C1(1-丁基-3-甲基咪唑氯盐)的合成

2.2.2 [EMIM]Br(1-乙基-3-甲基咪唑溴盐)的合成

2.3 亲水性离子液体的合成

2.3.1 乙酸型离子液体的合成

2.3.2 甲酸型离子液体的合成

2.4 离子液体的表征

2.5 本章小结

第三章 再生纤维素的水解

3.1 微晶纤维素的溶解及再生纤维素的制备

3.2 DNS显色剂和柠檬酸缓冲液的制备

3.3 葡萄糖标准曲线的测定

3.4 纤维素酶活的测定

3.5 再生纤维素的酶水解最佳温度的确定

3.6 微晶纤维素再生过程中反溶剂的选择

3.7 不同条件下离子液体预处理的再生纤维素的水解

3.7.1 120℃下离子液体预处理微晶纤维素得到的再生纤维素的水解

3.7.2 80℃下离子液体预处理微晶纤维素得到的再生纤维素的水解

3.7.3 不同浓度离子液体预处理的再生纤维素的水解

3.8 离子液体对纤维素酶活的影响

3.9 离子液体的回收

3.10 本章小结

第四章 离子液体溶解纤维素的机理初探

4.1 再生纤维素的FT-IR表征

4.2 再生纤维素的XRD表征

4.3 离子液体溶解纤维素的可能机理

第五章 结论

参考文献

硕士期间发表论文情况

致谢