固体酸催化解聚木质素的研究

发布时间：2020-07-30 11:46

【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S2082-/Zr02-Ti02-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S2082-/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-Si02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S2082-/ZrO2-TiO2-Si02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S2082-/ZrO2-Ti02-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-A1Ox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-A1Ox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-A1Ox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。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O636.2;O643.3
【图文】：

２．１．２实验装置逡逑在实验中，催化解聚木质素的反应发生在５０ｍｌ微型高压反应釜中，实物逡逑装置如图２．１所示，实验中使用的反应釜是哈氏合金的快开式高压反应釜中，逡逑反应釜从安徽科幂机械公司购买，反应釜的表头压力在０ＭＰａ－２５ＭＰａ之间，最逡逑大女全压力为１６ＭＰａ。反应中的温度由精度为０．１邋Ｃ的温控仪控制，温控仪购逡逑买自厦门宇电自动化有限公司，实验中将温控仪的热电偶插入到高压反应釜中，逡逑采用程序升温的方式进行加热。解聚过程中用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌器是逡逑德国ＩＫＡ的ＲＣＴ基本型搅拌器，转速范围为０－１５００ｒｐｍ，搅拌子最大长度为逡逑８０ｍｍ邋0逡逑ｍｍＭ逡逑图２．１邋＾中使用的反应设备逡逑实验中用于旋蒸的装置如图２．２所示，使用旋转蒸发仪是由上海亚荣公司逡逑生产，型号为ＲＥ－２０００Ｂ，主机自动升降幅度为０－１５０毫米，旋转的速度范围为逡逑２０－２００转／分钟。加热锅使用的全封闭加热器

逑图２．２实验中的旋蒸装置逡逑实验中用于离心分离的仪器装置如图２．３所示，离心机是湖南湘仪公司生逡逑产的型号为ＴＧ１６－ＷＳ的台式高速离心机，最大转速可达到１６０００ｒ／ｍｉｎ，转速逡逑精度为±３０ｒ／ｍｉｎ，定时范围在ｌｍｉｎ－９９ｍｉｎ之间。逡逑：—．．逦ｍ逡逑■Ｉ邋—邋逦逦逦逦逦逦Ｉ逡逑１逡逑：；－：：：ｒ：：；＇＾：：邋ｖ：：＇：－＾逦：；．．邋，逦．：：：：；．：：＇＇逡逑图２．３高速离心装置逡逑１４逡逑

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【参考文献】

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本文编号：2775494