面向纤维素生物质资源化利用的聚醚砜基膜反应器的构建及性能研究
发布时间：2021-09-23 12:18
随着化石燃料资源的日渐枯竭,利用可再生纤维素生物质资源生产生物燃料（生物柴油和生物乙醇等）以及具有高附加值的化学产品成为国际研究热点。异相催化以环保、无需二次分离以及可回收使用等优势成为纤维素转化最具前景的技术,然而受扩散控制影响,异相催化中固体催化剂对纤维素的催化效率往往较低。近年来,通过和其他技术结合强化固体催化剂对纤维素的快速、高效降解成为了纤维素生物质资源有效利用的关键和研究重点。本研究以聚醚砜（PES）为基膜,通过和固体催化剂结合制备催化膜反应器,将膜技术和催化反应耦合到同一过程,强化固体催化剂对纤维素的催化过程。主要研究内容和研究结果如下:1. 高分散磺化氧化石墨烯的制备及其对纤维素降解性能研究:通过在磺化氧化石墨烯（GO-SO3H）水溶液中引入既能使纤维素增溶且供电子数高的溶剂N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）,实现了GO-SO3H的高分散和对纤维素的有效降解。当H2O2/DMAc体积比为1:10时,GO-SO3H分散性最好,对纤维素的水解效果最好。该催化剂体系水解...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
利用生物质生产化学品、燃料和能源示意图
天津工业大学博士学位论文2图1-1利用生物质生产化学品、燃料和能源示意图Figure1-1Biomassutilizationfortheproductionofchemicals,fuelsandenergy1.2纤维素生物质的简介纤维素链构成的纤维束结构保证了植物的强度，它最早由AnselemePayen于1838年发现[24]，在用酸和氨处理各种植物组织后，他获得了化学式为C6H10O5的抗性纤维固体材料，即最早的纤维素。在1920年，HermannStaudinger描述了纤维素的结构[25]，纤维素（Cellulose）是由是由D-吡喃型葡萄糖单元经β-糖苷键连接而成的多糖大分子[6,26-32]，结构如图1-2所示。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素（图1-3）。图1-2(a)纤维素链的分子结构图(n=DP，即聚合度)，(b)具有结晶区和非结晶区的典型的纤维素微纤维的示意图[33]Figure1-2(a)Molecularstructureofasinglecellulosechain(n=DP).(b)Schematicsofanidealizedcellulosemicrofibrilwiththeconfigurationsofcrystallineandamorphousregions
第一章文献综述3图1-3木质纤维素的组成示意图Figure1-3Schematicsofthecompositionoflignocellulose纤维素是植物细胞壁的主要成分，通常与半纤维素、果胶和木质素结合在一起，其结合方式和程度对植物源食品的质地影响很大。而植物在成熟和后熟时质地的变化则由果胶物质发生变化引起的。纤维素是一种重要的膳食纤维，自然界中分布最广、含量最多的一种多糖。在一定条件下，纤维素与水发生水解反应，反应时糖苷键断裂，同时水分子加入，纤维素由长链分子变成短链分子，直至糖苷键全部断裂，变成葡萄糖[34]。纤维素的分子结构由通过相邻的两个葡萄糖分子上的C4和C1碳原子上的羟基之间发生缩醛反应形成糖苷键连接而成。木浆中中的纤维素链中含有约300-1700个吡喃葡萄糖单元（AGU），在棉或其他植物纤维中每条纤维素链中约含有800-10000个AGU单位[29,35-38]。由于纤维素链上含有大量的羟基和氧原子，所以纤维素中存在大量的分子内和分子间氢键网络，使得纤维素难以溶于水和一般的有机溶剂[4,37,39,40]。根据其晶体结构，纤维素至少可以分为七种同素异形体，分别为Iα、Iβ、II、IIII、IIIII、IVI和IVII型纤维素[41,42]。天然纤维素以Iα和Iβ形式存在。一般来说，Iα纤维素主要存在于藻类和细菌纤维素的细胞壁中，Iβ纤维素则多存在于绵、木材和有被膜的纤维素中[43]。纤维素Iα中，所有的链在结晶学上是相同的，每个链中交替的葡萄糖单元在构象上略有不同。相比之下，纤维素Iβ具有两种不同种类的链，交替排列。由于相对弱的C2H5O氢键，纤维素链的片材以有序的堆叠在一起。这种内部堆叠结构决定了糖苷键对催化剂的可及性，以及对水解裂解的敏感性。尽管纤维素I是天然存在的形式，其晶体结构在热力学上比纤维素II的晶体
【参考文献】：
期刊论文
[1]多巴胺改性氧化石墨烯对TDE-85环氧树脂的增韧研究[J]. 赵梦雪,孔米秋,刘成俊,黄亚江,李光宪. 高分子学报. 2018(06)
[2]Catalytic transformation of cellulose and its derived carbohydrates into chemicals involving C–C bond cleavage[J]. Weiping Deng,Qinghong Zhang,Ye Wang. Journal of Energy Chemistry. 2015(05)
[3]钯/陶瓷膜催化剂的制备及其催化性能[J]. 孙晓旭,李汉阳,陈日志,邢卫红,金万勤. 化学反应工程与工艺. 2013(02)
[4]新型固定式ZnO光催化膜反应器的研究[J]. 孙国瞳,胡鹏,白柳杨,袁方利. 过程工程学报. 2012(01)
[5]分光光度法和总有机碳法对超滤膜截留性能测定的比较[J]. 周晨,陆晓峰,侯铮迟,卞晓锴,施柳青,刘忠英. 膜科学与技术. 2011(05)
[6]Zn-Ca-Fe氧化物催化水解微晶纤维素[J]. 张帆,邓欣,方真,曾虹燕,田霄飞,Janusz A.Kozinski. 石油化工. 2011(01)
[7]生物质能产业现状及发展前景[J]. 袁振宏,罗文,吕鹏梅,王忠铭,李惠文. 化工进展. 2009(10)
[8]酸性离子液中纤维素的水解[J]. 姜锋,马丁,包信和. 催化学报. 2009(04)
博士论文
[1]非均相Fenton反应催化剂的制备及其在难降解有机物处理中的应用[D]. 向罗京.武汉大学 2009
硕士论文
[1]非均相催化剂的制备及其用于降解环丙沙星废水的研究[D]. 刘颖.北京化工大学 2017
[2]阴离子交换树脂（CERP）/聚乙烯醇（PVA）杂化膜催化制备生物柴油[D]. 张洪雷.山东理工大学 2012
本文编号：3405693
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
利用生物质生产化学品、燃料和能源示意图
天津工业大学博士学位论文2图1-1利用生物质生产化学品、燃料和能源示意图Figure1-1Biomassutilizationfortheproductionofchemicals,fuelsandenergy1.2纤维素生物质的简介纤维素链构成的纤维束结构保证了植物的强度，它最早由AnselemePayen于1838年发现[24]，在用酸和氨处理各种植物组织后，他获得了化学式为C6H10O5的抗性纤维固体材料，即最早的纤维素。在1920年，HermannStaudinger描述了纤维素的结构[25]，纤维素（Cellulose）是由是由D-吡喃型葡萄糖单元经β-糖苷键连接而成的多糖大分子[6,26-32]，结构如图1-2所示。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素（图1-3）。图1-2(a)纤维素链的分子结构图(n=DP，即聚合度)，(b)具有结晶区和非结晶区的典型的纤维素微纤维的示意图[33]Figure1-2(a)Molecularstructureofasinglecellulosechain(n=DP).(b)Schematicsofanidealizedcellulosemicrofibrilwiththeconfigurationsofcrystallineandamorphousregions
第一章文献综述3图1-3木质纤维素的组成示意图Figure1-3Schematicsofthecompositionoflignocellulose纤维素是植物细胞壁的主要成分，通常与半纤维素、果胶和木质素结合在一起，其结合方式和程度对植物源食品的质地影响很大。而植物在成熟和后熟时质地的变化则由果胶物质发生变化引起的。纤维素是一种重要的膳食纤维，自然界中分布最广、含量最多的一种多糖。在一定条件下，纤维素与水发生水解反应，反应时糖苷键断裂，同时水分子加入，纤维素由长链分子变成短链分子，直至糖苷键全部断裂，变成葡萄糖[34]。纤维素的分子结构由通过相邻的两个葡萄糖分子上的C4和C1碳原子上的羟基之间发生缩醛反应形成糖苷键连接而成。木浆中中的纤维素链中含有约300-1700个吡喃葡萄糖单元（AGU），在棉或其他植物纤维中每条纤维素链中约含有800-10000个AGU单位[29,35-38]。由于纤维素链上含有大量的羟基和氧原子，所以纤维素中存在大量的分子内和分子间氢键网络，使得纤维素难以溶于水和一般的有机溶剂[4,37,39,40]。根据其晶体结构，纤维素至少可以分为七种同素异形体，分别为Iα、Iβ、II、IIII、IIIII、IVI和IVII型纤维素[41,42]。天然纤维素以Iα和Iβ形式存在。一般来说，Iα纤维素主要存在于藻类和细菌纤维素的细胞壁中，Iβ纤维素则多存在于绵、木材和有被膜的纤维素中[43]。纤维素Iα中，所有的链在结晶学上是相同的，每个链中交替的葡萄糖单元在构象上略有不同。相比之下，纤维素Iβ具有两种不同种类的链，交替排列。由于相对弱的C2H5O氢键，纤维素链的片材以有序的堆叠在一起。这种内部堆叠结构决定了糖苷键对催化剂的可及性，以及对水解裂解的敏感性。尽管纤维素I是天然存在的形式，其晶体结构在热力学上比纤维素II的晶体
【参考文献】：
期刊论文
[1]多巴胺改性氧化石墨烯对TDE-85环氧树脂的增韧研究[J]. 赵梦雪,孔米秋,刘成俊,黄亚江,李光宪. 高分子学报. 2018(06)
[2]Catalytic transformation of cellulose and its derived carbohydrates into chemicals involving C–C bond cleavage[J]. Weiping Deng,Qinghong Zhang,Ye Wang. Journal of Energy Chemistry. 2015(05)
[3]钯/陶瓷膜催化剂的制备及其催化性能[J]. 孙晓旭,李汉阳,陈日志,邢卫红,金万勤. 化学反应工程与工艺. 2013(02)
[4]新型固定式ZnO光催化膜反应器的研究[J]. 孙国瞳,胡鹏,白柳杨,袁方利. 过程工程学报. 2012(01)
[5]分光光度法和总有机碳法对超滤膜截留性能测定的比较[J]. 周晨,陆晓峰,侯铮迟,卞晓锴,施柳青,刘忠英. 膜科学与技术. 2011(05)
[6]Zn-Ca-Fe氧化物催化水解微晶纤维素[J]. 张帆,邓欣,方真,曾虹燕,田霄飞,Janusz A.Kozinski. 石油化工. 2011(01)
[7]生物质能产业现状及发展前景[J]. 袁振宏,罗文,吕鹏梅,王忠铭,李惠文. 化工进展. 2009(10)
[8]酸性离子液中纤维素的水解[J]. 姜锋,马丁,包信和. 催化学报. 2009(04)
博士论文
[1]非均相Fenton反应催化剂的制备及其在难降解有机物处理中的应用[D]. 向罗京.武汉大学 2009
硕士论文
[1]非均相催化剂的制备及其用于降解环丙沙星废水的研究[D]. 刘颖.北京化工大学 2017
[2]阴离子交换树脂（CERP）/聚乙烯醇（PVA）杂化膜催化制备生物柴油[D]. 张洪雷.山东理工大学 2012
本文编号：3405693
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3405693.html
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