固体酸催化解聚木质素的研究

摘要

生物质是丰富的碳源资源，它在自然界中储量巨大，并且是一种可以随着时间的推移不断再生的资源，这赋予了生物质独特的价值。木质素是生物质组成中的主要成分之一，虽然从质量的角度而言，只占生物质的20％左右，但从能量角度而言，它的占比不少于40％，并且在木质素结构中有很独特的芳香环单元。由于这些特殊性，木质素的应用得到了大量研究者的关注。
　　木质素的结构中有大量芳香环单元，他们之间主要通过醚键和C-C键连接。酸性催化剂对于α-和β-芳基醚键的断裂起到十分重要的作用，因此在实验中制备了一种同时含有B酸和L酸的固体酸催化剂S2O82-/ZrO2-TiO2-SiO2，并且应用于木质素解聚中。实验结果显示在270℃反应1小时时，解聚产物中乙酸乙酯溶解率达到了91％，这就意味着固体酸催化剂S2O82-/ZrO2-TiO2-SiO2可以有效的催化解聚木质素。在实验中还研究了Pt/C作为共催化剂时对解聚木质素的影响，结果表明加氢催化剂的加入可以有效的提高石油醚溶解物（主要成分是单体和二聚体）的产率。将固体酸催化剂S2O82-/ZrO2-TiO2-SiO2和加氢催化剂Pt/C以1∶1的比例混合，在310℃反应24小时，产物中石油醚溶解率和单酚产率分别为46％和14.8％。实验中对催化剂S2O82-/ZrO2-TiO2-SiO2的循环性也进行了研究，三次循环之后，催化剂的活性依然较好，这说明固体酸催化剂S2O82-/ZrO2-TiO2-SiO2的稳定性很好。
　　探究固体酸催化剂解聚木质素的过程中可以发现，加入加氢催化剂之后，石油醚溶解率和单酚产率会有很明显的提高。因此我们进一步研究了酸性载体负载贵金属之后对木质素解聚的影响。考虑到Ru具有很好的加氢作用和抑制木质素产物自缩聚的作用，而W-Sn-AlOx是一种具有较强吸电子能力的催化剂载体，并且具有一定的酸性。实验中将Ru负载在W-Sn-AlOx上，期望达到更好的催化效果。实验中探究了催化剂各组分的催化活性，结果显示催化剂中的Sn-AlOx部分单独使用时没有催化活性，但是在用磷钨酸修饰之后，却能够表现出催化活性。在310℃条件下，使用催化剂Ru/W-Sn-AlOx催化解聚1小时时，石油醚溶解率达到了32％，当延长时间至24小时，石油醚溶解率增加到67％，而液体产物产率达到85％，可以看出单体和二聚体是液体产物中的主要组成部分。实验分析310℃反应1小时之后的液体产物元素含量，发现产物中的含氧量与初始木质素相比下降了10.12％，这说明催化剂能够有效的降低解聚产物中的氧含量。催化剂Ru/W-Sn-AlOx具有较好的稳定性，即使在循环三次之后仍能保持较好的催化活性。催化剂Ru/W-Sn-AlOx能够有效的降低产物中的氧含量，提高产物的热值，这为木质素制备生物油开辟了一条十分有效的路线。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 世界能源利用

1．1．1 能源利用的历史和现状

1．1．2 能源使用面临的问题

1．2 生物质资源

1．2．1 生物质资源定义与分类

1．2．2 生物质资源的利用现状

1．3 木质素的结构及化学性质

1．4 木质素的应用

1．4．1 木质素改性制备树脂

1．4．2 添加剂

1．4．3 催化解聚制备化学品

1．5 选题的意义及研究内容

1．5．1 选题的意义及目的

1．5．2 主要的研究内容

第2章 木质素解聚实验及产物处理

2．1 实验材料与设备

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验装置

2．2 木质素催化解聚实验

2．3 产物的分析测试及数据处理方法

2．3．1 产物的处理与分离

2．3．2 产物的数据处理

2．4 催化剂的表征方法

第3章 固体超强酸S2O82-／ZrO2-TiO2-SiO2催化解聚木质素的研究

3．1 引言

3．2 催化剂的制备

3．3 催化剂的表征

3．3．1 催化剂的FT-IR分析

3．3．2 催化剂的SEM分析

3．4 结果与讨论

3．4．1 初始木质素质量对解聚反应的影响

3．4．2 温度对木质素解聚的影响

3．4．3 共催化剂对木质素解聚的影响

3．4．4 反应时间对木质素解聚的影响

3．4．5 催化剂的循环性

3．4．6 催化剂的酸浸出率

3．5 本章小结

第4章 Ru／W-Sn-AlOx催化降解木质素的研究

4．1 引言

4．2 催化剂的制备

4．3 催化剂的表征

4．3．1 催化剂的X射线衍射分析

4．4 结果与讨论

4．4．1 催化剂对木质素解聚的影响

4．4．2 温度对木质素解聚的影响

4．4．3 时间对木质素解聚的影响

4．4．4 催化剂对木质素解聚产物的热值影响

4．4．5 催化剂循环性研究

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 研究总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果