本文關(guān)鍵詞：木質(zhì)素催化轉(zhuǎn)化制備丁香醛的過程研究

  更多相關(guān)文章： 木質(zhì)素 丁香醛 離子液體 鈣鈦礦型氧化物 預處理

【摘要】：木質(zhì)素自然界中廣泛存在的可再生資源,由于其具有復雜的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),大規(guī)模的高值化利用受到了一定程度的限制。近年來將木質(zhì)素降解制備苯酚類和芳香醛類具有高附加值的產(chǎn)品成為了研究的熱點。為實現(xiàn)木質(zhì)素轉(zhuǎn)化過程的綠色化和高效化,本論文開展了以下研究：首先,針對木質(zhì)素轉(zhuǎn)化過程可能引起的二次污染問題,選擇了具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的綠色試劑離子液體作為催化劑,對木質(zhì)素催化轉(zhuǎn)化制備丁香醛的過程進行研究,考察木質(zhì)素種類及用量、離子液體種類及用量、反應溫度、反應時間和pH值對制備丁香醛的影響。結(jié)果表明,加入麥草木質(zhì)素磺酸鈉0.20 g,二甲基亞砜50 mL,乙醇胺四氟硼酸鹽([MEA][BF4])離子液體0.20 g,反應溫度160℃、反應時間6h后丁香醛的收率最高,為9.45%；隨后用酸調(diào)節(jié)體系的pH值至4.35后進行反應,發(fā)現(xiàn)丁香醛的收率與未調(diào)酸時的相比提高了55.80%。其次,針對離子液體不易與反應體系分離且生產(chǎn)成本較高的問題,以非均相易分離且成本較低的鈣鈦礦型氧化物LaB1-xCuxO3 (B=Fe, Ni)為催化劑,研究了木質(zhì)素種類、催化劑種類及用量、反應溫度、反應時間、堿濃度和O2壓力等實驗條件對木質(zhì)素轉(zhuǎn)化后丁香醛收率的影響,得到最佳的反應條件：脫堿的木質(zhì)素0.60 g,5.00 wt%θ環(huán)負載的LaFe0.2Cu0.8O3催化劑0.60 g,1.0 mol·L-1 NaOH溶液30 mL、反應溫度160θ、O2壓力0.80 MPa、反應時間2.5 h,丁香醛的收率最高,為10.00%。隨后為提高木質(zhì)素產(chǎn)品的品質(zhì),對不同方式預處理后的木質(zhì)素進行結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的分析,考察固形物回收率(Rs)、重均分子量(Mw)、多分散系數(shù)(Pd)、酚羥基和羧基含量在木質(zhì)素預處理前后的變化,并用傅里葉變換紅外光譜對處理前后的樣品進行表征。結(jié)果顯示微波預處理的Rs在80.00%以上,水熱預處理的Rs在65.00%以上；固液比1：6(g/g)、處理60 min后微波處理后的酚羥基含量升高了5.26%,水熱處理后的酚羥基含量則提高了11.10%：紅外光譜顯示預處理后的木質(zhì)素在1220 cm-1和1122 cm-1處的紫丁香基特征峰的吸收強度有所增大,為木質(zhì)素轉(zhuǎn)化制備更多的紫丁香基產(chǎn)品提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。最后將預處理后的木質(zhì)素在離子液體和鈣鈦礦型氧化物催化下反應,發(fā)現(xiàn)預處理提高了目的產(chǎn)物的收率,且4.00%NaOH溶液微波預處理的工業(yè)木素在5 wt% θ環(huán)負載的LaFe0.2Cu0.8O3催化下轉(zhuǎn)化后丁香醛的收率相對較高,為7.60%。本論文研究工作中的相關(guān)數(shù)據(jù)驗證了離子液體和鈣鈦礦型氧化物對木質(zhì)素的催化作用和制備高附加值化學品的可行性,并揭示了預處理過程對木質(zhì)素結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響,為高值轉(zhuǎn)化利用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。
【關(guān)鍵詞】：木質(zhì)素 丁香醛 離子液體 鈣鈦礦型氧化物 預處理
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O636.2;TQ244.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 緒論17-29
• 1.1 木質(zhì)素17-21
• 1.1.1 木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)17
• 1.1.2 木質(zhì)素的來源17-18
• 1.1.3 木質(zhì)素大分子的應用18-19
• 1.1.3.1 木質(zhì)素在農(nóng)業(yè)上的應用18
• 1.1.3.2 木質(zhì)素在吸附領(lǐng)域的應用18-19
• 1.1.3.3 木質(zhì)素在樹脂領(lǐng)域的應用19
• 1.1.4 木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為小分子的應用19-21
• 1.1.4.1 木質(zhì)素熱解20
• 1.1.4.2 木質(zhì)素氫解20
• 1.1.4.3 木質(zhì)素氧化20-21
• 1.2 木質(zhì)素制備丁香醛21-23
• 1.2.1 堿性氧化法21-22
• 1.2.2 離子液體法22-23
• 1.3 木質(zhì)素的預處理23-25
• 1.3.1 預處理方法23-25
• 1.3.1.1 物理法24
• 1.3.1.2 化學法24-25
• 1.3.1.3 生物法25
• 1.4 課題意義及研究內(nèi)容25-29
• 1.4.1 課題意義25-26
• 1.4.2 課題研究內(nèi)容26-29
• 第二章 離子液體催化木質(zhì)素轉(zhuǎn)化制備丁香醛29-41
• 2.1 實驗設計29-31
• 2.1.1 實驗原料29
• 2.1.2 實驗儀器與設備29-30
• 2.1.3 實驗方案30-31
• 2.1.3.1 離子液體的制備30
• 2.1.3.2 木質(zhì)素的催化轉(zhuǎn)化反應30-31
• 2.2 分析方法31-33
• 2.2.1 高效液相色譜31-32
• 2.2.2 離子液體的表征32-33
• 2.2.2.1 傅里葉變換紅外光譜32
• 2.2.2.2 核磁共振波譜32
• 2.2.2.2 黏度測定32-33
• 2.2.3 木質(zhì)素的理化性質(zhì)分析33
• 2.2.3.1 灰分分析33
• 2.2.3.2 分子量分布33
• 2.3 結(jié)果與討論33-38
• 2.3.1 離子液體種類對丁香醛收率的影響33-34
• 2.3.2 木質(zhì)素用量對丁香醛收率的影響34-35
• 2.3.3 溫度對丁香醛收率的影響35-36
• 2.3.4 離子液體用量對丁香醛收率的影響36-37
• 2.3.5 pH值對丁香醛收率的影響37-38
• 2.4 本章小結(jié)38-41
• 第三章 鈣鈦礦型氧化物催化木質(zhì)素轉(zhuǎn)化制備丁香醛41-61
• 3.1 實驗設計41-42
• 3.1.1 實驗原料41
• 3.1.2 實驗儀器與設備41-42
• 3.1.3 實驗方案42
• 3.1.3.1 鈣鈦礦型氧化物的制備42
• 3.1.3.2 鈣鈦礦型氧化物的表征42
• 3.1.3.3 木質(zhì)素的催化轉(zhuǎn)化反應42
• 3.2 分析方法42-45
• 3.2.1 高效液相色譜42-44
• 3.2.2 XRD分析44-45
• 3.3 結(jié)果與討論45-56
• 3.3.1 木質(zhì)素種類對丁香醛收率的影響45-47
• 3.3.2 催化劑對丁香醛收率的影響47-50
• 3.3.2.1 催化劑用量對丁香醛收率的影響47-49
• 3.3.2.2 催化劑種類對丁香醛收率的影響49-50
• 3.3.3 反應時間對丁香醛收率的影響50-51
• 3.3.4 堿濃度對丁香醛收率的影響51-52
• 3.3.5 O_2壓力對丁香醛收率的影響52-53
• 3.3.6 溫度對丁香醛收率的影響53-54
• 3.3.7 催化劑循環(huán)使用54-56
• 3.4 負載型催化劑56-58
• 3.4.1 負載型催化劑的制備56
• 3.4.2 木質(zhì)素的催化反應及分析方法56
• 3.4.3 催化劑用量56-58
• 3.5 反應機理58
• 3.6 本章小結(jié)58-61
• 第四章 木質(zhì)素的預處理及轉(zhuǎn)化61-79
• 4.1 實驗設計61-62
• 4.1.1 實驗原料61
• 4.1.2 實驗儀器與設備61
• 4.1.3 實驗方案61-62
• 4.1.3.1 微波預處理實驗62
• 4.1.3.2 水熱預處理實驗62
• 4.1.3.3 實驗操作62
• 4.2 分析方法62-63
• 4.2.1 固形物含量及回收率測定62-63
• 4.2.2 傅里葉變換紅外光譜分析63
• 4.2.3 官能團分析63
• 4.3 結(jié)果與討論63-72
• 4.3.1 不同的預處理條件對固形物回收率的影響63-67
• 4.3.1.1 微波輸出功率63-64
• 4.3.1.2 固液比64-65
• 4.3.1.3 堿濃度65-67
• 4.3.1.4 水熱預處理時間67
• 4.3.2 不同的預處理條件對分子量分布的影響67-69
• 4.3.2.1 微波預處理工業(yè)木素的分子量分布67-68
• 4.3.2.2 水熱預處理工業(yè)木素的分子量分布68-69
• 4.3.3 紅外光譜分析69-71
• 4.3.4 官能團含量的變化71-72
• 4.4 預處理的木質(zhì)素用于催化轉(zhuǎn)化反應72-77
• 4.4.1 離子液體體系72-74
• 4.4.1.1 微波預處理時間72-73
• 4.4.1.2 預處理堿濃度73-74
• 4.4.2 鈣鈦礦氧化物體系74-77
• 4.4.2.1 微波預處理時間75
• 4.4.2.2 預處理堿濃度75-77
• 4.5 本章小結(jié)77-79
• 第五章 結(jié)論與展望79-81
• 5.1 結(jié)論79-80
• 5.2 展望80-81
• 參考文獻81-87
• 致謝87-89
• 研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文89-91
• 作者和導師簡介91-93
• 附件93-94

【參考文獻】

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本文編號：683834