低共熔溶剂中多酸催化剂催化碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的研究

发布时间：2024-03-03 09:43

　　近年来,生物质资源高效转化为有效的平台化学品受到越来越多研究者的重视。本文探究了木薯淀粉和纤维素在低共熔溶剂中的溶解行为以及低共熔溶剂中多酸催化剂催化碳水化合物制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)。实验所用低共熔溶剂均以氯化胆碱为氢键受体,以羧酸或醇为氢键供体。以溶解度为指标,当甲酸摩尔比为1:4,反应温度为100℃时,木薯淀粉在氯化胆碱-甲酸(1-4)中的溶解效果最好,溶解度高达1.1208 g/g DES。经氯化胆碱-甲酸(1-4)溶解后的木薯淀粉,出现偏光十字特性消失,颗粒破碎并团聚成块,分子链羟基与低共熔溶剂中的离子形成了大量氢键,颗粒内部的层状结构和结晶结构基本消失,重均分子量降低等现象。以平均分子量为指标,当甲酸摩尔比为1:4,反应温度为100℃,固液比为1:50时,纤维素在氯化胆碱-甲酸(1-4)中的溶解效果最好,聚合度低至DP=94(M=15228 g/mol)。经氯化胆碱-甲酸(1-4)溶解后的纤维素,出现平均分子量减小,不能维持棒状形貌并团聚成块,相对结晶度增大,分子链羟基与低共熔溶剂中的离子形成了大量氢键等现象。因此,氯化胆碱-甲酸(1-4)为木薯淀粉和纤维素的溶解提...

【文章页数】：81 页

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 生物质资源
        1.1.1 生物质的概述
        1.1.2 生物质的组成
        1.1.3 木薯渣
        1.1.4 生物质资源高效转化的研究热点
    1.2 碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的机理
        1.2.1 5-羟甲基糠醛的性质与结构
        1.2.2 5-羟甲基糠醛的形成机理
        1.2.3 5-羟甲基糠醛的应用
    1.3 碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的催化体系
        1.3.1 无机酸
        1.3.2 有机酸
        1.3.3 金属氯化物
        1.3.4 多酸催化剂
    1.4 碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的溶剂体系
        1.4.1 水相
        1.4.2 有机相
        1.4.3 离子液体
        1.4.4 双相体系
    1.5 碳水化合物的溶解体系
        1.5.1 淀粉在溶解上存在的问题
        1.5.2 淀粉的溶解体系
        1.5.3 纤维素在溶解上存在的问题
        1.5.4 纤维素的溶解体系
    1.6 低共熔溶剂
        1.6.1 低共熔溶剂的分类
        1.6.2 低共熔溶剂的理化性质
        1.6.3 低共熔溶剂在溶解碳水化合物中的应用
        1.6.4 低共熔溶剂在催化反应中的应用
    1.7 选题的意义和研究内容
        1.7.1 选题的意义
        1.7.2 研究内容
第二章 木薯淀粉在低共熔溶剂中的溶解行为研究
    2.1 实验设备与材料
        2.1.1 仪器与设备
        2.1.2 原料与试剂
    2.2 实验方法
        2.2.1 低共熔溶剂的制备
        2.2.2 低共熔溶剂的筛选
    2.3 分析与表征
        2.3.1 偏光显微镜
        2.3.2 扫描电子显微镜
        2.3.3 傅立叶变换红外光谱仪
        2.3.4 小角X射线散射仪
        2.3.5 广角X射线散射仪
        2.3.6 凝胶渗透色谱仪
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 低共熔溶剂的筛选
        2.4.2 木薯淀粉在低共熔溶剂中的溶解过程
        2.4.3 溶解对木薯淀粉表面形貌的影响
        2.4.4 溶解对木薯淀粉化学键的影响
        2.4.5 溶解对木薯淀粉层状结构的影响
        2.4.6 溶解对木薯淀粉结晶结构的影响
        2.4.7 溶解对木薯淀粉分子量的影响
    2.5 本章小结
第三章 纤维素在低共熔溶剂中的溶解行为研究
    3.1 实验设备与材料
        3.1.1 仪器与设备
        3.1.2 原料与试剂
    3.2 实验方法
        3.2.1 低共熔溶剂的制备
        3.2.2 低共熔溶剂的筛选
    3.3 分析与表征
        3.3.1 纸浆粘度计
        3.3.2 扫描电子显微镜
        3.3.3 X射线衍射仪
        3.3.4 傅立叶变换红外光谱仪
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 低共熔溶剂的筛选
        3.4.2 溶解对纤维素结晶结构的影响
        3.4.3 溶解对纤维素表面形貌的影响
        3.4.4 溶解对纤维素化学键的影响
    3.5 本章小结
第四章 低共熔溶剂中多酸催化剂催化碳水化合物制备5-HMF
    4.1 实验材料与设备
        4.1.1 原料与试剂
        4.1.2 仪器与设备
    4.2 实验方法
        4.2.1 多酸催化剂的制备
        4.2.2 低共熔溶剂中多酸催化剂催化碳水化合物制备5-HMF
    4.3 分析与表征
        4.3.1 电感耦合等离子发射光谱仪
        4.3.2 多酸催化剂的酸强度分析
        4.3.3 多酸催化剂的酸容量分析
        4.3.4 傅立叶变换红外光谱仪
        4.3.5 X射线衍射仪
        4.3.6 高效液相色谱分析仪
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 多酸催化剂的筛选
        4.4.2 多酸催化剂的表征
        4.4.3 低共熔溶剂中多酸催化剂催化碳水化合物制备5-HMF的影响因素
    4.5 本章小结
第五章 结论
    5.1 结论
    5.2 创新点
    5.3 展望
参考文献
致谢
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本文编号：3917598