Ru/AC催化秸秆水解液氢解制备低碳二元醇研究
发布时间：2021-12-23 09:10
乙二醇、1,2-丙二醇等低碳二元醇作为重要的化工原料,在聚酯树脂、涂料、医药等领域有着广泛的应用,其工业生产主要基于石油路线。随着化石能源过度消耗,原油价格逐渐攀升,以资源丰富、价格低廉的可再生生物质代替化石能源生产低碳二元醇受到了广泛关注。目前,虽然葡萄糖、山梨醇等糖醇催化氢解制备低碳二元醇能够获得较高收率,但由于成本问题,尚未达到工业化,本课题将生物工程与催化反应工程相结合,以更廉价的秸秆水解液为原料催化氢解制备低碳二元醇,以期进一步降低生产成本,早日实现生物质制备低碳二元醇的工业应用。本文采用Ru/AC催化主要成分为葡萄糖、木糖的秸秆水解液两步氢解,建立了葡萄糖、木糖氢解产物的分析方法,探究了水解液中各杂质对葡萄糖、木糖加氢的影响,并通过表征对杂质造成催化剂失活的原因进行分析,最后进行了水解液中杂质去除研究。主要研究结果如下:1.水解液中存在抑制葡萄糖、木糖加氢的杂质,通过将其添加到葡萄糖、木糖混合液中进行加氢实验,发现木质素、纤维素酶对加氢的抑制作用很大;5-HMF、芳香类杂质分别在含量较高时（添加量>0.6wt%）表现出较强的抑制作用,含量较低时无影响;糠醛、无机盐即使...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．４木质纤维素的预处理??
使部分木糖和葡萄糖进一步降解为糠醛、５－羟甲基糠醛（５－ＨＭＦ）等，二者进一步降解??则可生成甲酸、乙酰丙酸等；同理，木质素也会被部分降解为香草醛、香草酸、羟基苯??甲酸等芳香类化合物，如图２．５所示［６７］。因此，经过预处理的工序后木质纤维素浆液中??主要含有结构遭到初步破坏的固体纤维素、木质素和溶于液体中的木糖（主要物质）和??少量的葡萄糖、糠醛、５－ＨＭＦ、甲酸以及芳香类化合物等。??１?Ｆｕｒａｎｓ??＾?Ｖ＂??１?Ｊ，?ｌ＾ｒｒｒａｃ?ａｃ．ｄ??ｍｕ?？?獻糖?Ｍ纖Ｄｓｅ?Ｒｔｗ咖咖??．圓、——－??ｈ＇ｊＸ－＾０？Ｆ？ｉｒｔ？ｒａｌ?＾??Ｘｙｌｏｓｅ＇?ＡｍｂｉｎｏＷ??ｈ，Ｃ—＾??＾ｎ．ｎ?Ｔ＂＂＂＾?—二??料園???Ｅ＼（ｍｃ（ｉｖ？ｉ＞?Ｐｈｔｉｗｌｋｓ?????…爹?Ｗｏｏｄ?ｒｅｓｉｎ??图２．５木质纤维素预处理产物及产生的副产物１６７１??Ｆｉｇ．?２．５?Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ?ｐｒｏｄｕｃｔｓ?ａｎｄ?ｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓ?ｏｆ?ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓ?１６７１??２３．２．２脱毒??为了使纤维素与纤维素酶充分接触，达到尽可能高的纤维素酶利用率，对木质纤维??素原料进行预处理是先决步骤，但在预处理过程中生成的副产物如糠醛、５－ＨＭＦ等呋喃??类衍生物，甲酸、乙酰丙酸等有机弱酸和香草醛、香草酸、羟基苯甲酸等芳香类化合物??等，不仅会抑制纤维素酶活性，降低酶解糖化效率［６８］，还会影响发酵过程中微生物的代??谢［６９］，因此，为确保预处理后的木质纤维素能进行正常的酶水解糖化过程和后续的发酵、??化学转化等过程
３．３葡萄糖氢解反应工艺??３．３．１反应仪器及操作??氢解反应在高压撹拌反应釜（Ｐａｒｒ?４５９０）中进行，工艺流程如图３．２所示。具体操??作步骤如下：第一段加氢反应：向高压釜内加入一定质量浓度的反应液４０?ｇ，并加入０．２５??ｇ催化剂，搅拌均匀后，安装并密封好高压釜；向反应釜中充入一定压力的Ｎ２检查气密??性，确定不漏气后依次使用Ｎ２和Ｈ２在２?ＭＰａ压力下各吹扫２次，以置换釜内空气，吹??扫过程中调节高压釜的搅拌桨转速为２００?ｒｐｍ；吹扫完毕后关闭出气阀，向釜内充入Ｈ２??至４?ＭＰａ并升温至１２０?°Ｃ，同时调节高压爸搅拌桨转速至５００?ｒｐｍ，达到设定温度后向??高压釜内补充压力至６?ＭＰａ并开始计时，反应３?ｈ。反应结束后，降至室温，打开排气??阀泄压，气体排完后，将高压釜拆卸下来，取５ｇ釜内溶液离心过滤以滤去催化剂，滤??液过０．２２?ｐｍ微孔滤膜后进行高效液相色谱分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]秸秆高值化综合利用研究现状[J]. 陈雪芳,郭海军,熊莲,张海荣,黄超,陈新德. 新能源进展. 2018(05)
[2]应用热辅助甲基化—热裂解气相色谱技术（THM-Py-GC/MS）对壁画中蛋白质类胶结材料的分析鉴定[J]. 肖博,魏书亚,宋燕. 中国文物科学研究. 2018(01)
[3]马尾松木质素快速热解及产物分析[J]. 郭忠,蒋新元,廖媛媛,张敏,黄一磊. 中南林业科技大学学报. 2017(06)
[4]酶解木质素碱提纯对酚醛泡沫制备的影响[J]. 刘翠云,贾红玉,夏悦,王冠华,司传领. 天津造纸. 2016(04)
[5]纤维素乙醇产业进展[J]. 林鑫,武国庆. 当代化工. 2015(08)
[6]生物质能作为新能源的应用现状分析[J]. 杨艳华,汤庆飞,张立,郑仕鸿. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2015(01)
[7]国内乙二醇生产工艺技术情况与市场分析[J]. 丰存礼. 化工进展. 2013(05)
[8]葡萄糖加氢制山梨醇催化剂的研究进展[J]. 李俊涛,周艳,张红军,李保军. 河南化工. 2008(10)
[9]生物质能利用技术比较与分析[J]. 孙利源. 能源研究与信息. 2004(02)
博士论文
[1]功能化离子液体催化生物质高效转化研究[D]. 蔡镇平.华南理工大学 2016
[2]生物质快速热解制备化学品研究[D]. 郑燕.中国科学技术大学 2016
硕士论文
[1]Ni-W2C/AC催化葡萄糖氢解制备低碳二元醇过程分析及产物调控[D]. 乔鸿昌.华东理工大学 2016
[2]催化转化纤维素、半纤维素及其衍生物制备液态烷烃的研究[D]. 吴昊.中国科学技术大学 2016
[3]Ni-W2C催化葡萄糖氢解制备低碳二元醇反应机理研究[D]. 袁兆平.华东理工大学 2014
[4]钌催化山梨醇氢解制备低碳二元醇的研究[D]. 刘国才.华东理工大学 2012
[5]山梨醇氢解制备C4～C6多元醇CuO-ZnO催化剂的研究[D]. 李仲良.浙江工业大学 2006
本文编号：3548205
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．４木质纤维素的预处理??
使部分木糖和葡萄糖进一步降解为糠醛、５－羟甲基糠醛（５－ＨＭＦ）等，二者进一步降解??则可生成甲酸、乙酰丙酸等；同理，木质素也会被部分降解为香草醛、香草酸、羟基苯??甲酸等芳香类化合物，如图２．５所示［６７］。因此，经过预处理的工序后木质纤维素浆液中??主要含有结构遭到初步破坏的固体纤维素、木质素和溶于液体中的木糖（主要物质）和??少量的葡萄糖、糠醛、５－ＨＭＦ、甲酸以及芳香类化合物等。??１?Ｆｕｒａｎｓ??＾?Ｖ＂??１?Ｊ，?ｌ＾ｒｒｒａｃ?ａｃ．ｄ??ｍｕ?？?獻糖?Ｍ纖Ｄｓｅ?Ｒｔｗ咖咖??．圓、——－??ｈ＇ｊＸ－＾０？Ｆ？ｉｒｔ？ｒａｌ?＾??Ｘｙｌｏｓｅ＇?ＡｍｂｉｎｏＷ??ｈ，Ｃ—＾??＾ｎ．ｎ?Ｔ＂＂＂＾?—二??料園???Ｅ＼（ｍｃ（ｉｖ？ｉ＞?Ｐｈｔｉｗｌｋｓ?????…爹?Ｗｏｏｄ?ｒｅｓｉｎ??图２．５木质纤维素预处理产物及产生的副产物１６７１??Ｆｉｇ．?２．５?Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ?ｐｒｏｄｕｃｔｓ?ａｎｄ?ｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓ?ｏｆ?ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓ?１６７１??２３．２．２脱毒??为了使纤维素与纤维素酶充分接触，达到尽可能高的纤维素酶利用率，对木质纤维??素原料进行预处理是先决步骤，但在预处理过程中生成的副产物如糠醛、５－ＨＭＦ等呋喃??类衍生物，甲酸、乙酰丙酸等有机弱酸和香草醛、香草酸、羟基苯甲酸等芳香类化合物??等，不仅会抑制纤维素酶活性，降低酶解糖化效率［６８］，还会影响发酵过程中微生物的代??谢［６９］，因此，为确保预处理后的木质纤维素能进行正常的酶水解糖化过程和后续的发酵、??化学转化等过程
３．３葡萄糖氢解反应工艺??３．３．１反应仪器及操作??氢解反应在高压撹拌反应釜（Ｐａｒｒ?４５９０）中进行，工艺流程如图３．２所示。具体操??作步骤如下：第一段加氢反应：向高压釜内加入一定质量浓度的反应液４０?ｇ，并加入０．２５??ｇ催化剂，搅拌均匀后，安装并密封好高压釜；向反应釜中充入一定压力的Ｎ２检查气密??性，确定不漏气后依次使用Ｎ２和Ｈ２在２?ＭＰａ压力下各吹扫２次，以置换釜内空气，吹??扫过程中调节高压釜的搅拌桨转速为２００?ｒｐｍ；吹扫完毕后关闭出气阀，向釜内充入Ｈ２??至４?ＭＰａ并升温至１２０?°Ｃ，同时调节高压爸搅拌桨转速至５００?ｒｐｍ，达到设定温度后向??高压釜内补充压力至６?ＭＰａ并开始计时，反应３?ｈ。反应结束后，降至室温，打开排气??阀泄压，气体排完后，将高压釜拆卸下来，取５ｇ釜内溶液离心过滤以滤去催化剂，滤??液过０．２２?ｐｍ微孔滤膜后进行高效液相色谱分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]秸秆高值化综合利用研究现状[J]. 陈雪芳,郭海军,熊莲,张海荣,黄超,陈新德. 新能源进展. 2018(05)
[2]应用热辅助甲基化—热裂解气相色谱技术（THM-Py-GC/MS）对壁画中蛋白质类胶结材料的分析鉴定[J]. 肖博,魏书亚,宋燕. 中国文物科学研究. 2018(01)
[3]马尾松木质素快速热解及产物分析[J]. 郭忠,蒋新元,廖媛媛,张敏,黄一磊. 中南林业科技大学学报. 2017(06)
[4]酶解木质素碱提纯对酚醛泡沫制备的影响[J]. 刘翠云,贾红玉,夏悦,王冠华,司传领. 天津造纸. 2016(04)
[5]纤维素乙醇产业进展[J]. 林鑫,武国庆. 当代化工. 2015(08)
[6]生物质能作为新能源的应用现状分析[J]. 杨艳华,汤庆飞,张立,郑仕鸿. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2015(01)
[7]国内乙二醇生产工艺技术情况与市场分析[J]. 丰存礼. 化工进展. 2013(05)
[8]葡萄糖加氢制山梨醇催化剂的研究进展[J]. 李俊涛,周艳,张红军,李保军. 河南化工. 2008(10)
[9]生物质能利用技术比较与分析[J]. 孙利源. 能源研究与信息. 2004(02)
博士论文
[1]功能化离子液体催化生物质高效转化研究[D]. 蔡镇平.华南理工大学 2016
[2]生物质快速热解制备化学品研究[D]. 郑燕.中国科学技术大学 2016
硕士论文
[1]Ni-W2C/AC催化葡萄糖氢解制备低碳二元醇过程分析及产物调控[D]. 乔鸿昌.华东理工大学 2016
[2]催化转化纤维素、半纤维素及其衍生物制备液态烷烃的研究[D]. 吴昊.中国科学技术大学 2016
[3]Ni-W2C催化葡萄糖氢解制备低碳二元醇反应机理研究[D]. 袁兆平.华东理工大学 2014
[4]钌催化山梨醇氢解制备低碳二元醇的研究[D]. 刘国才.华东理工大学 2012
[5]山梨醇氢解制备C4～C6多元醇CuO-ZnO催化剂的研究[D]. 李仲良.浙江工业大学 2006
本文编号：3548205
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