La-Ni/MgO催化木质素选择性氢解与过程消炭

发布时间：2021-12-23 03:54

　　化石资源的过度使用加剧全球能源危机的同时也对生态环境造成了严重损害。因此,新型绿色清洁能源的开发和利用成为了能源结构转型的关键。作为自然界第四大能源,生物质是世界上唯一含固定碳的可再生资源,更是被视为不可再生化石能源的优秀替代品。生物质综合利用对于我国低碳经济的发展以及可持续发展战略的实施具备重要意义。木质素作为生物质三大组分之一,其结构分子中含有丰富的芳香环、（酚）羟基、甲氧基、醛基、酯基等多种功能化官能团,通过催化解聚可将木质素转化为苯酚等高附加值基础化学品。然而当前木质素催化转化技术普遍存在木质素转化率低、产物收率和选择性低,酚类寡聚产物易重聚形成焦炭等技术瓶颈。针对上述问题,本文构建了一种新型高效的La-Ni/Mg O催化体系,实现了木质素选择性氢解与过程消碳,并解决了催化剂构效关系、木质素结构演变规律与反应历程等关键科学问题。因此,本论文所构建的催化体系和研究方法、所获得研究成果可为天然芳香族聚合物木质素的高效利用技术提供新的思路和借鉴。（1）本论文以硝酸镍（Ni（NO₃）₂·6H₂O）,硝酸镧（La（NO

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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植物细胞中三大组分的结构关系

华南理工大学硕士学位论文4说，洋麻木质素中具有这样的β-β连接结构。同时Cβ形成的二聚体因空间结构阻力较小和较高的反应性，易进攻其他单体，被认为是由此开始形成多聚体并进一步结焦聚合[14,15]。阔叶材木质素中G单体与S单体之间的连接方式以β-1连接方式为主，并且S-S型结构连接多倾向于β-1连接键偶联方式。因此，木质素木质化过程的控制步骤为化学反应动力学和热力学相结合的形式[15]。此外，β-1连接的化合物以螺环二烯酮占比最高约为3%-4%[15-17]。图1-3木质素结构分子主要连接方式Fig.1-3Arepresentativeligninstructuredisplayingtypicalligninsubunitsandlinkagesencountered通过适当方法催化断裂这些苯丙烷结构单元之间的C-O连接键就能得到大量含有特定功能官能团（芳香基、甲氧基、羰基、羧基等）的高附加值平台化合物。这些小分子平台化合物经催化重整或者加氢脱氧等技术处理后可获得与石油的C/H比接近的提质木质素生物油，因此，这进一步证实了木质素在高热值液体燃料、高分子聚合物和高附加值平台化合物的制备等领域具备巨大的应用前景[10]。1.2.2木质素的种类及分离1.2.2.1木质素种类从结构复杂的生物质中提取木质素的主要方法包括调节木质素提取过程中的温度、压力、溶剂以及PH值等条件来改变木质素的三维空间交联结构与断裂结构单元间的连接方式。此处理过程为木质素提取的关键步骤，称为木质素预处理[19-20]。预处理方法的

第三章La-Ni/MgO催化木质素选择性氢解27度下反应一定时间（1-5h）。反应结束后，快速将反应釜冷却至室温。3.2.3产物分离图3-1为木质素加氢解聚产物分离和分析流程图。鉴于气态产物的质量小于反应前木质素原料质量的1%，因此，在计算产物收率过程中气相产物的收率忽略不计。将反应所得液体混合物(包含催化剂和残渣)过滤，所得滤渣依次采用2mL异丙醇和2mLTHF反复洗涤3次，得到固体（残渣以及催化剂）于120℃的条件下干燥至恒重，然后称重计算残渣率。将洗涤液加入旋转蒸发仪除去THF溶剂后所得粘性液体即为酚类寡聚物。向滤液中加入4倍体积的去离子水，形成的沉淀经老化12h后进行过滤，所得滤渣经反复洗涤后置于60℃的烘箱中干燥至恒重，所得棕色固体即为再生木质素，将其称重计算转化率。分离再生木质素后的滤液采用50mLCH2Cl2萃取3次，向合并后的萃取液有机相中加入内标（正辛醇）。采用GC-MS-FID对其挥发性生物化学品进行定性与定量分析。萃取过程所得水相首先采用旋转蒸发仪在减压的条件下除去溶剂，所得粘稠状物质经干燥后即为水溶性产物。图3-1反应产物分离步骤Fig.3-1Reactionproductseparationstep3.2.4产物分析本论文采用GC-MS-FID、GC-TCD对其挥发性生物化学品进行定性与定量分析，探究木质素解聚所得酚类单体产物的分布。水溶性产物采用GPC、FT-IR、EA、


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