甲壳素生物质制备高附加值化合物的研究
发布时间：2021-03-09 03:36
由于化石燃料的枯竭和气候变化,利用可再生原料生产生物燃料已经成为一个重要的研究领域。甲壳素作为未来生物厂的原料,每年能够从全球捕鱼业产生的甲壳类废弃物中获得,它的开发利用将为化工生产业务带来重大的经济效益和环境效益,并且它能够确保化学产业将会有一个可持续的未来。甲壳素是一种重复N-乙酰葡萄糖胺（NAG）单元的不分枝聚合物,含氮量为7wt%,是一种极具潜力的生物可再生含氮化学品。壳聚糖,聚阳离子生物聚合物,是甲壳素的脱乙酰化形式。3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃（3A5AF）是一种小分子,可以从甲壳素中直接得到,也可以从NAG中直接得到。3A5AF在生物降解产物中是独一无二的,因为它保留了甲壳素中存在的有价值的、生物固定氮。5-羟甲基糠醛（5-HMF）也是可以从甲壳素或者壳聚糖中提取的平台化合物之一,是一种生物衍生的平台分子,是制造高附加值化学品（从聚酯原料到生物燃料）的理想原料,在燃料和材料的合成方面具有很高的潜力和通用性。在这项工作中,我们展示了利用生物碱催化剂,有效地将NAG转化为增值化合物3A5AF。以廉价、无毒的季铵盐氯化胆碱（Ch Cl）为催化剂,在硼酸存在以及在温和反应的条件下...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维素和甲壳素及其相应的单体的结构式
天津工业大学硕士学位论文4图1-2壳聚糖的化学结构式1.2.2甲壳素生物质的发展前景全球变暖和化石燃料消耗的双重担忧意味着，在不久的将来，用生物精炼厂取代石化精炼厂的可能性似乎越来越大。虽然生物精炼厂将不同于石化精炼厂，因为生物质将被用作原料而不是化石燃料，但预计它们的运作方案将是类似的，就像石油化工精炼厂的情况一样，生物精炼厂会把底物转化成一些简单的分子，称为“积木”，然后这些分子就可以用作合成大量不同化学物质的原料[44]。甲壳素/壳聚糖大多来源于甲壳类动物的壳生物质，壳生物质可以被认为是一种天然的复合材料，由40%的结构蛋白、50%的CaCO3和各种形式的磷酸钙、以及少量的色素和脂质组成[45]。这种材料的加工和定价从甲壳素的提取开始，这包括洗涤和研磨，脱矿和脱蛋白两个主要步骤，以及使用KMnO2去除色素和脂类。脱矿或脱钙通常需要用盐酸或其他酸(如HNO3、H2SO4、CH3COOH或HCOOH)进行处理，以产生可溶性钙盐[46]。工业用虾废物的脱蛋白通常是在160℃以下与氢氧化钠混合，但其他碱如KOH、Na2CO3、NaHCO3、K2CO3、Ca(OH)2、Na2S、CaHSO3和Na3PO4也已成功应用[47]。甲壳素是坚韧的，无弹性和不溶于水的介质，反映了甲壳素是大量的氢键之间形成的聚合物链。因此甲壳素在工业上的应用很少，但它可以作为纯化具有糖结合域的酶的基质材料[48]，也可以作为膜材料用于蛋白质的保留[49]，此外，较小的几丁质寡聚物在农业中被用作植物生长促进剂[50]。尽管甲壳素在工业上的应用有限，但由于其可转化为壳聚糖和部分乙酰化壳聚糖低聚物(COS)，近年来已经引起了医药、农药、食品和化妆品等行业的广泛关注。这些分子具有多种有用的特性，包括抗菌和抗炎活性。COS的化学生产对环境有害，其聚合和乙酰化程度难以控制。这些?
天津工业大学硕士学位论文6图1-35-羟甲基糠醛的化学结构式5-HMF是目前最有发展前途的生物精制化学品之一。这可以归因于大量的化学物质（如以乙氧基呋喃、2,5-呋喃甲酸(FDCA)、2,5-二甲基呋喃(DHMF)、2,5-二甲基呋喃、糠醇、2,5-二甲基呋喃、5-羟甲基呋喃）均可从中制得[55]。这些化合物在聚合物、生物燃料、溶剂、药物等领域有着广泛的应用，因此，5-HMF无疑是一种潜在的石油化工原料替代品，并且在多种领域内具有广泛的应用，如图1-4。5-HMF是一种多功能的生物基平台化合物，可合成一系列具有附加值的化学品，特别是交通燃料和散装聚合物单体，可将以化石资源为基础的不可持续经济转变为以可再生生物质为基础的可持续经济[56]。5-HMF作为石化工业和生物燃料的前驱体，主要是由无机酸[57]、有机酸[58]、酸性树脂[59]、氧化物[60]、磷酸盐[61]和沸石[62]催化的生物质基碳水化合物脱水而成。《化学安全规则》的制定，P.Anastas和J.Warner在1998年提出的绿色化学十二个原则的主张以及油的价格和稀缺性现在是建立可持续反应/过程的关键要素。在框架中，使用可再生资源生产创新产品已成为化学工业的重中之重。在此背景下，人们对合成5-HMF作为化学平台付出了很多努力，然后可以从中生产溶剂，单体，燃料添加剂等。5-HMF是通过酸催化的己糖三重脱水制得的。尽管有大量工作致力于将果糖酸催化脱水为5-HMF，但果糖是一种昂贵的原料，因此葡萄糖是一种更实用的选择。使用像淀粉这样的多糖，这是一种由相互连接的葡萄糖单元组成的天然聚合物，可以帮助使这一过程更加可持续。
本文编号：3072178
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维素和甲壳素及其相应的单体的结构式
天津工业大学硕士学位论文4图1-2壳聚糖的化学结构式1.2.2甲壳素生物质的发展前景全球变暖和化石燃料消耗的双重担忧意味着，在不久的将来，用生物精炼厂取代石化精炼厂的可能性似乎越来越大。虽然生物精炼厂将不同于石化精炼厂，因为生物质将被用作原料而不是化石燃料，但预计它们的运作方案将是类似的，就像石油化工精炼厂的情况一样，生物精炼厂会把底物转化成一些简单的分子，称为“积木”，然后这些分子就可以用作合成大量不同化学物质的原料[44]。甲壳素/壳聚糖大多来源于甲壳类动物的壳生物质，壳生物质可以被认为是一种天然的复合材料，由40%的结构蛋白、50%的CaCO3和各种形式的磷酸钙、以及少量的色素和脂质组成[45]。这种材料的加工和定价从甲壳素的提取开始，这包括洗涤和研磨，脱矿和脱蛋白两个主要步骤，以及使用KMnO2去除色素和脂类。脱矿或脱钙通常需要用盐酸或其他酸(如HNO3、H2SO4、CH3COOH或HCOOH)进行处理，以产生可溶性钙盐[46]。工业用虾废物的脱蛋白通常是在160℃以下与氢氧化钠混合，但其他碱如KOH、Na2CO3、NaHCO3、K2CO3、Ca(OH)2、Na2S、CaHSO3和Na3PO4也已成功应用[47]。甲壳素是坚韧的，无弹性和不溶于水的介质，反映了甲壳素是大量的氢键之间形成的聚合物链。因此甲壳素在工业上的应用很少，但它可以作为纯化具有糖结合域的酶的基质材料[48]，也可以作为膜材料用于蛋白质的保留[49]，此外，较小的几丁质寡聚物在农业中被用作植物生长促进剂[50]。尽管甲壳素在工业上的应用有限，但由于其可转化为壳聚糖和部分乙酰化壳聚糖低聚物(COS)，近年来已经引起了医药、农药、食品和化妆品等行业的广泛关注。这些分子具有多种有用的特性，包括抗菌和抗炎活性。COS的化学生产对环境有害，其聚合和乙酰化程度难以控制。这些?
天津工业大学硕士学位论文6图1-35-羟甲基糠醛的化学结构式5-HMF是目前最有发展前途的生物精制化学品之一。这可以归因于大量的化学物质（如以乙氧基呋喃、2,5-呋喃甲酸(FDCA)、2,5-二甲基呋喃(DHMF)、2,5-二甲基呋喃、糠醇、2,5-二甲基呋喃、5-羟甲基呋喃）均可从中制得[55]。这些化合物在聚合物、生物燃料、溶剂、药物等领域有着广泛的应用，因此，5-HMF无疑是一种潜在的石油化工原料替代品，并且在多种领域内具有广泛的应用，如图1-4。5-HMF是一种多功能的生物基平台化合物，可合成一系列具有附加值的化学品，特别是交通燃料和散装聚合物单体，可将以化石资源为基础的不可持续经济转变为以可再生生物质为基础的可持续经济[56]。5-HMF作为石化工业和生物燃料的前驱体，主要是由无机酸[57]、有机酸[58]、酸性树脂[59]、氧化物[60]、磷酸盐[61]和沸石[62]催化的生物质基碳水化合物脱水而成。《化学安全规则》的制定，P.Anastas和J.Warner在1998年提出的绿色化学十二个原则的主张以及油的价格和稀缺性现在是建立可持续反应/过程的关键要素。在框架中，使用可再生资源生产创新产品已成为化学工业的重中之重。在此背景下，人们对合成5-HMF作为化学平台付出了很多努力，然后可以从中生产溶剂，单体，燃料添加剂等。5-HMF是通过酸催化的己糖三重脱水制得的。尽管有大量工作致力于将果糖酸催化脱水为5-HMF，但果糖是一种昂贵的原料，因此葡萄糖是一种更实用的选择。使用像淀粉这样的多糖，这是一种由相互连接的葡萄糖单元组成的天然聚合物，可以帮助使这一过程更加可持续。
本文编号：3072178
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