溶剂及木质素结构对木质素解聚的影响

发布时间：2017-09-11 08:29

  本文关键词：溶剂及木质素结构对木质素解聚的影响

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【摘要】：高速发展的现代工业急剧消耗化石资源和能源,而化石资源不可再生,过度使用对环境产生破坏,可再生的生物质资源和能源成为了社会可持续发展的必然。木质纤维素生物质资源丰富,可重复再生,目前利用生物质制备燃料和化学品已成为研究热点。在木质纤维素生物质中,纤维素和半纤维素可有效的转化为燃料乙醇和糖类平台化合物,而木质素由于结构复杂,成为木质纤维素生物质利用的瓶颈。木质素解聚制备单酚类化合物对于促进木质素的高值利用,进而促进整个木质纤维素生物质的利用,具有重要的意义。碱性水热解聚是木质素解聚以获得单酚类化合物的主要方法之一。论文在前期优化的CuO/Fe2(SO4)3为催化剂的木质素的碱性过氧化氢氧化解聚体系的基础上,探讨了该体系解聚反应介质,包括水,甲醇,1,4-二氧六环,四氢呋喃,乙醇及其相互构成的混合溶剂对木质素解聚产物中单酚类化合物收率的影响。结果表明,在木质素的碱性水热解聚过程中,介质中适当的碱度和木质素在介质中良好的溶解度是获得高收率单酚类化合物的重要因素。当解聚反应体系的溶剂为1:1体积比的甲醇/水时,木质素解聚获得单酚类化合物的收率最高,达到17.92%。甲醇/水作溶剂时,不仅有效保证反应介质的碱度、木质素在反应介质中的溶解度,而且防止木质素的甲氧基的脱除,使单酚类化合物中S型结构的含量大,从而达到抑制解聚产物重新聚集的目的;抑制小分子酚类的重聚合,从而提高了单酚类化合物的收率。木质素因为来源不同,木质素结构和性质也不同,其解聚制备单酚的收率也不同。采用两种S和G结构单元含量不同的木质素,以乙醇为溶剂,甲酸为供氢溶剂,探究了不同反应温度下两种木质素的甲氧基含量对木质素解聚的影响。采用元素分析,红外光谱,2D-NMR,Py-GC-MS分析了两种木质素的结构。研究发现,麦草木质素中S型单体含量高于Sigma木质素中的S型单体含量;在相同反应条件下,解聚麦草木质素得到更高的单酚类化合物,说明S型单体含量较多的木质素更易解聚,其在0.3 g木质素,300°C,2 h,20 mL乙醇,1 mL甲酸条件下,降解率和单酚类化合物的收率分别为86.4%和17.34%。对比麦草木质素原料和其解聚产物中S与G比例,发现解聚产物中S/G比例显著大高于原料中的S/G,说明了含有较多S型单体的木质素更容易解聚。
【关键词】：木质素 溶剂 单酚类化合物 S G比例
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O636.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 木质素的化学结构11-12
• 1.2 木质素的应用研究12-13
• 1.2.1 混凝土减水剂12
• 1.2.2 水煤浆添加剂12-13
• 1.3 木质素解聚制备高附加值的化学产品13-26
• 1.3.1 木质素模型物解聚的研究13-16
• 1.3.2 加氢还原解聚16-18
• 1.3.3 热裂解18-19
• 1.3.4 木质素氧化解聚19-22
• 1.3.5 光催化解聚木质素22-24
• 1.3.6 液化解聚24-26
• 1.4 本论文的研究意义和主要内容26-28
• 1.4.1 本论文的研究意义26-27
• 1.4.2 本论文的主要研究内容27
• 1.4.3 本论文的创新之处27-28
• 第二章 实验原料及技术28-34
• 2.1 实验主要原料和试剂28-29
• 2.2 实验主要仪器29-30
• 2.3 碱木质素氧化解聚工艺流程30-32
• 2.3.1 碱木质素的超滤提纯30
• 2.3.2 碱木质素的碱水氧化解聚工艺流程30-31
• 2.3.3 木质素的液化解聚工艺流程31-32
• 2.4 测试方法32-34
• 2.4.1 气质分析（GC-MS）32
• 2.4.2 高效液相色谱分析（HPLC）32-33
• 2.4.3 核磁氢谱分析（~1H-NMR）33
• 2.4.4 高分辨电喷雾质谱分析（HRMS）33
• 2.4.5 红外光谱分析（IR）33
• 2.4.6 元素分析33-34
• 第三章 溶剂对木质素氧化解聚制备单酚类化合物的影响34-56
• 3.1 前言34-35
• 3.2 解聚液中产物的定量分析35-36
• 3.3 不同介质对木质素碱性水热氧化解聚的影响36-38
• 3.4 不同混合介质比例对木质素碱性水热氧化解聚的影响38-44
• 3.4.1 1,4-二氧六环的加入量对木质素氧化解聚的影响38-39
• 3.4.2 四氢呋喃的加入量对木质素氧化解聚的影响39-41
• 3.4.3 乙醇的加入量对木质素氧化解聚的影响41-42
• 3.4.4 甲醇的加入量对木质素氧化解聚的影响42-44
• 3.5 不同介质下的木质素解聚产物的电喷雾电离质谱（ESI-MS）分析44-45
• 3.6 不同介质体系中的单酚类化合物含量变化45-47
• 3.7 反应时间对木质素氧化解聚的的影响47-49
• 3.8 反应温度对于碱木质素氧化解聚的影响49-51
• 3.9 解聚产物的表征51-55
• 3.9.1 解聚产物的核磁核磁氢谱分析52-53
• 3.9.2 红外光谱分析53-55
• 3.10 本章小结55-56
• 第四章 木质素结构单元对木质素氢解的影响56-71
• 4.1 前言56-57
• 4.2 解聚产物的分析57
• 4.3 不同木质素的解聚对比57-58
• 4.4 两种木质素的结构分析58-64
• 4.4.1 元素分析58-59
• 4.4.2 红外谱图分析59-60
• 4.4.3 2D NMR分析60-62
• 4.4.4 Py-GC-MS的分析62-64
• 4.5 麦草碱木质素中S，G，，H含量与解聚产物中的对比64-67
• 4.6 解聚产物的表征67-70
• 4.6.1 解聚产物的核磁核磁氢谱分析67-69
• 4.6.2 木质素残渣的红外光谱分析69-70
• 4.7 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-80
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果80-81
• 致谢81-82
• 附件82

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本文编号：829670