生物质催化转化羟基丙酮及其分离的研究

发布时间：2017-09-08 22:14

  本文关键词：生物质催化转化羟基丙酮及其分离的研究

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【摘要】：生物质热化学转化技术转化效率较高的方法是催化热解,其通过有选择性地转化把生物质制成高附加值精细化学品。生物质催化热裂解可制得羟基丙酮、糠醛、乙酸等化学品,其中羟基丙酮是合成4-甲基咪唑、(s)-(+)-2-氨基丙醇、维生素H和阿司匹林丙酮酯等药物中间体的精细化工原料。生物质选择催化热解后的冷凝水相(以下简称木醋液)对其进行萃取法脱酚并利用离子交换树脂吸附依次分离出羟基丙酮和乙酸。论文主要围绕掺杂不同金属原子和萃取-吸附分离两种方法,分别对选择热解催化剂和木醋液开展实验。制备MCM-41介孔分子筛并用掺杂金属的方法改性介孔分子筛,其表征使用XRD、BET方法,制得的介孔分子筛催化剂与纤维素混合,在热裂解-气质联用仪上分析其热解生成羟基丙酮的含量。木醋液的分级分离则采用萃取脱酚,用离子树脂吸附并选用合适溶剂再对羟基丙酮脱附分离。主要得出了以下结论:水热晶化合成法用以制备掺杂金属的方法改性的M-MCM-41(M为Cu、Ti、Ti/Zn)介孔分子筛催化剂。实验结果表明,金属改性使MCM-41介孔分子筛的晶体结构发生改变,比表面积、平均孔径、平均孔体积和颗粒大小均减小;当硅/M摩尔比值为50,得到最优结构的M-MCM-41介孔分子筛。选择性由于金属改性进入了介孔分子筛内部而增强,且存在最佳掺杂量。纤维素热解产物中醛、酮类等组分的含量随着金属掺杂量的增加而增大,而左旋吡喃葡萄糖类含量降低。介孔分子筛可使纤维素选择性的热解生成羟基丙酮,其选择性强弱顺序为:Ti-MCM-41Ti/Zn-MCM-41Cu-MCM-41。M-MCM-41各自选择性最佳分别为:n_(Si):n_(Ti)=40:1(Ti-MCM-41)、n_(Si):n_(Zn):n_(Ti)=100:1:5(Ti/Zn-MCM-41)、n_(Si):n_(Ti)=10:1(Cu-MCM-41)。采用萃取脱酚方法,通过萃取剂筛选,萃取条件优化来确定最佳的萃取条件,结果表明,采用自制的脱酚萃取剂,最佳水油萃取相比为1:1.5,最适宜萃取次数为3次,其脱酚率为69.86%,萃取剂还可进行回收和再生,并可用于多次脱除木醋液中的酚,能降低生产成本。并研究了脱酚液的树脂吸附,进行静态吸附、动态吸附和动态脱附实验,对比五种离子交换树脂的吸附效果,筛选出效果最佳的D301R树脂,在动态脱附实验中,采取分步洗脱醋酸和羟基丙酮的办法。碳酸钠溶液和无水乙醇分别作为醋酸和羟基丙酮的洗脱剂。最终醋酸的解吸率达到80%;羟基丙酮的解吸率达到90%。最终得到羟基丙酮占富集后木醋液有机物百分含量的65.3%。
【关键词】：介孔分子筛 催化热解 分级分离 树脂吸附
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ028
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 文献综述13-25
• 1.1 生物质能概述13-14
• 1.1.1 生物质能特点13-14
• 1.1.2 生物质的转化与利用技术14
• 1.2 生物质热解技术14-19
• 1.2.1 生物质快速热解概述15-18
• 1.2.2 生物质热解液及其化学品18-19
• 1.3 生物质催化热解19-21
• 1.3.1 生物质催化热解概述19-20
• 1.3.2 碱金属催化剂20
• 1.3.3 氧化物催化剂20
• 1.3.4 分子筛催化剂20-21
• 1.4 热解液化学品分离的研究现状21-23
• 1.4.1 静置法21-22
• 1.4.2 蒸馏法22
• 1.4.3 吸附法22
• 1.4.4 萃取法22
• 1.4.5 分配法22-23
• 1.5 本课题的提出及意义23-25
• 1.5.1 选题背景与意义23
• 1.5.2 研究内容23-25
• 第二章 实验部分25-35
• 2.1 试剂与设备25-26
• 2.1.1 试剂与材料25
• 2.1.2 仪器与设备25-26
• 2.2 分析与数据处理26-35
• 2.2.1 催化剂表征方法26-27
• 2.2.2 热解-气质连用（Py-GC-MS）分析27-28
• 2.2.3 气相色谱分析方法28-31
• 2.2.4 热解液总酚含量测定方法31-35
• 第三章 掺杂金属的MCM-41 催化剂的表征及催化性能测试35-51
• 3.1 掺杂金属的MCM-41 的制备35-37
• 3.1.1 金属Ti的掺杂35-36
• 3.1.2 金属Cu的掺杂36
• 3.1.3 二元（Ti/Zn）金属掺杂36-37
• 3.2 XRD表征37-39
• 3.3 BET表征39-42
• 3.3.1 不同金属掺杂改性的影响39-40
• 3.3.2 掺杂量变化的影响40-42
• 3.4 热裂解产物分布42-50
• 3.4.1 纤维素热解42-44
• 3.4.2 催化剂与纤维素热解44-48
• 3.4.3 双金属混合热解48-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 羟基丙酮的分离富集51-69
• 4.1 酚类产物的分离51-58
• 4.1.1 总酚含量测定方法51-52
• 4.1.2 萃取剂对萃取效率的影响52
• 4.1.3 萃取相比对萃取效率的影响52-54
• 4.1.4 萃取次数54-56
• 4.1.5 回收萃取剂再利用56-58
• 4.2 羟基丙酮和醋酸的吸附分离58-67
• 4.2.1 树脂的预处理58-59
• 4.2.2 平衡时间的确定59-62
• 4.2.3 动态吸附与脱附62-67
• 4.3 小结67-69
• 第五章 结论与建议69-73
• 5.1 结论69-71
• 5.2 建议71-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士期间已发表的论文77-79
• 致谢79

【参考文献】

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本文编号：816617