离子液体在纤维素预处理过程中的应用研究

发布时间：2017-10-15 19:51

  本文关键词：离子液体在纤维素预处理过程中的应用研究

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【摘要】：随着人类社会的不断发展,人类对能源的需求越来越旺盛,目前,化石能源在世界各国的能源结构中所占的比例依然很大,然而随着人类对石油、煤炭等不可再生的化石燃料的大量开采和利用,世界各国都面临着严重的能源危机和环境污染问题。纤维素则是一种环境友好型能源材料,其对环境基本没有污染。在纤维素的利用过程中,最为关键的一步是将纤维素预处理,将其转化为糖类物质后再利用。离子液体在纤维素预处理过程中,可以发挥重要作用。本论文共合成了两大类5种离子液体：咪唑类离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([Amim]Cl)、N-甲基咪唑硫酸氢盐([Hmim]HSO_4)、N-甲基咪唑磷酸二氢盐([Hmim]H_2PO_4)和吡咯烷酮类离子液体N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐([Hnmp]HSO_4)、N-甲基吡咯烷酮磷酸二氢盐([Hnmp]H_2PO_4)。以1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([Amim]Cl)离子液体为溶剂溶解纤维素,然后加入反溶剂蒸馏水经过离心洗涤等过程得到再生纤维素,将再生纤维素与酸性离子液体混合,使酸性离子液体水解纤维素得到还原糖,用二硝基水杨酸法对总还原糖进行分析。仔细探究了反应温度、酸性离子液体用量、加水量、金属盐的种类及用量和纤维素聚合度等因素对还原糖产率的影响。在所探究了四种酸性离子液体中,以N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐([Hnmp]HSO_4)对纤维素的水解效果最佳,反应进行1.5小时总还原糖的产率即可达到94.16%,采用的水解反应的条件是：100℃,N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐([Hnmp]HS04)的用量为1g,加水量为1g,金属盐MnCl2的用量为0.15g。实验研究发现,提高温度能够提高纤维素的水解速率,得到较高的总还原糖产率,明显缩短反应时间,同时,还原糖的降解速率也高；酸性离子液体用量增加,纤维素的水解速率和还原糖的产率并不是按比例增加,过多的离子液体用量会使还原糖的降解速率加快,降低还原糖的产率；反应体系中存在过多的水会抑制纤维素的水解,降低还原糖产率和纤维素的水解速率；纤维素的聚合度大,会使纤维素水解的速率降低,同时也会使最大还原糖产率产率降低。
【关键词】：离子液体 纤维素 水解 还原糖产率
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O645.1;TQ352.78
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 文献综述15-31
• 1.1 本课题研究背景15-17
• 1.1.1 能源问题概况15
• 1.1.2 生物质资源在能源领域利用简介15-17
• 1.2 纤维素简介及其利用17-22
• 1.2.1 纤维素的简介17-19
• 1.2.2 纤维素的利用19-20
• 1.2.3 纤维素的水解研究概况20-22
• 1.3 离子液体概述22-27
• 1.3.1 离子液体的结构及其分类22-24
• 1.3.2 离子液体的合成及其制备的方法24
• 1.3.3 离子液体的应用24-26
• 1.3.4 离子液体的发展历程26-27
• 1.4 离子液体在纤维素预处理过程中的研究概况27-30
• 1.4.1 离子液体在纤维素溶解过程中的研究概况27-28
• 1.4.2 离子液体在纤维素水解过程中的研究概况28-30
• 1.5 本课题的选题依据和研究方法30-31
• 第二章 离子液体的合成及表征31-41
• 2.1 引言31
• 2.2 实验试剂与仪器31-33
• 2.2.1 实验采用的试剂32
• 2.2.2 实验仪器及设备32-33
• 2.3 离子液体的合成及表征33-39
• 2.3.1 N-甲基咪唑试剂的预处理33
• 2.3.2 离子液体[Amim]Cl的合成及表征33-35
• 2.3.3 离子液体N-甲基咪唑硫酸氢盐([Hmim]HSO_4)的合成及表征35-36
• 2.3.4 离子液体N-甲基咪唑磷酸二氢盐([Hmim]H_2PO_4)的合成36-37
• 2.3.5 离子液体N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐([Hnmp]HSO_4)的合成及表征37-38
• 2.3.6 离子液体N-甲基吡咯烷酮磷酸二氢盐([Hnmp]H_2PO_4)的合成及表征38-39
• 2.4 本章小结39-41
• 第三章 咪唑类酸性离子液体催化水解纤维素研究41-57
• 3.1 引言41
• 3.2 实验部分41-45
• 3.2.1 实验试剂41-42
• 3.2.2 实验仪器及设备42
• 3.2.3 还原糖含量的检测方法及检测原理42-44
• 3.2.4 实验过程及分析方法44-45
• 3.3 实验结果的分析与讨论45-54
• 3.3.1 反应温度对纤维素水解效果的影响45-48
• 3.3.2 咪唑类酸性离子液体的用量对纤维素水解效果的影响48-50
• 3.3.3 加水量对咪唑类酸性离子液体水解纤维素效果的影响50-52
• 3.3.4 金属盐的种类及用量对纤维素水解效果的影响52-54
• 3.4 本章小结54-57
• 第四章 吡咯烷酮类酸性离子液体催化水解纤维素研究57-73
• 4.1 引言57
• 4.2 实验部分57
• 4.3 实验结果的分析与讨论57-70
• 4.3.1 反应温度对纤维素水解效果的影响57-60
• 4.3.2 吡咯烷酮类酸性离子液体的用量对纤维素水解效果的影响60-61
• 4.3.3 加水量对吡咯烷酮类酸性离子液体水解纤维素效果的影响61-63
• 4.3.4 金属盐的种类及用量对纤维素水解效果的影响63-67
• 4.3.5 纤维素聚合度对酸性离子液体水解纤维素效果的影响67-70
• 4.4 本章小结70-73
• 第五章 结论与展望73-75
• 5.1 结论73-74
• 5.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 附录79-85
• 致谢85-87
• 作者和导师简介87-88
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书88-89

【参考文献】

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本文编号：1038340