木质纤维素水热降解制备有机酸的研究

摘要

生物质是最重要的可再生资源，是未来可替代能源与化学品的主要来源。生物质水热转化可方便生成低廉的化学燃料或其他有价值的平台化学品而受到越来越多的关注。本文以水为反应介质，考察了生物质在水热反应中的液化行为。分别以微晶纤维素和小麦秸秆为原料，研究了反应条件对生物质水热降解反应的影响。研究了在碱性条件下纤维素和小麦秸秆水热降解可制备甲酸、丙二酸和乳酸等小分子羧酸。
　　首先研究了以纤维素为原料转化的反应，特别是在纤维素的均相水溶液中的转化。反应条件和实验的原料决定了液化反应的收率。实验主要包括反应时间、反应温度、原料浓度和催化剂用量考察。实验表明，在280℃时，反应时间为60分钟时有利于纤维素转化为小分子酸，锌粉一定程度提高了水热反应对甲酸的选择性，而镍粉没有这个效果。
　　在研究微晶纤维素碱性体系转化为小分子酸的基础上，我们对以秸秆为代表的木质纤维素进行碱性水热降解。氢氧化钠和氢氧化钡体系中，秸秆均可降解产生乳酸。结果表明氢氧化钠浓度为1.67mol/L时乳酸收率为10.35％，氢氧化钡浓度为0.1 mol/L时乳酸收率为13.3％，两者相比氢氧化钡在较低浓度有更高的乳酸收率。同时，此过程中伴随着少量草酸、甲酸和富马酸的生成。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 乳酸

1．2．1 乳酸性质

1．2．2 乳酸的合成

1．2．3 应用和市场

1．3 纤维素

1．3．1 纤维素的结构与性质

1．3．2 纤维素的分子量

1．3．3 纤维素的溶解体系

1．4 纤维素降解

1．4．1 纤维素物理降解

1．4．2 纤维素生物降解

1．4．3 纤维素化学降解

1．5 纤维素和生物质的水热降解

1．5．1 高温水的特性

1．5．2 纤维素的水热降解

1．5．3 水热反应降解产酸

1．6 本文的研究内容和意义

第二章 纤维素在均相水溶液中的水热降解

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 主要实验试剂及仪器

2．2．3 实验装置

2．2．4 实验

2．2．5 乳酸等小分子羧酸的定性和定量分析方法

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 反应温度对有机酸收率的影响

2．3．2 反应时间对有机酸收率的影响

2．3．3 纤维素浓度对有机酸收率的影响

2．3．4 催化剂锌浓度对有机酸收率的影响

2．4 纤维素氢氧化钠体系水热降解机理研究

2．5 本章小结

第三章 生物质秸秆水热降解制备乳酸

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 主要实验试剂及仪器

3．2．3 实验原料常规分析

3．2．4 实验原料的热重分析

3．2．5 实验内容

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 氨水预处理秸秆

3．3．2 秸秆的碱性水热降解效果评价

3．4 本章小结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与研究成果

附录