SBA-15二级孔仿生催化剂制备及降解木质素研究

发布时间：2017-10-21 04:25

  本文关键词：SBA-15二级孔仿生催化剂制备及降解木质素研究

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【摘要】：受生物酶高效催化结构特点和多相催化剂具有产物易分离和可重复利用性能优势启发；综合全球1500亿吨/年木质素如何综合利用、现有降解木质素用酸性催化剂和碱性催化剂易危害环境与催化效率不高、生物催化剂降解木质素效率虽高但催化剂易中毒、易失活和产物分离成本高等问题；设计多官能化、高效并环境友好型催化剂已成为木质素研究领域的热点。本论文以二级孔结构分子筛SBA-15为载体,以-SO3H (或-SH)、K+为酸性官能团,采用后合成方法,实现了双官能化SBA-15多相仿生催化剂的制备。主要内容和结论为：(1)以SBA-15为载体,以-SO3H、K+为酸性官能团,制备出4种SBA-15基仿生催化剂,记为S03H-SBA-15-K+。经FT-IR谱图、原子吸收(AAS)和比表面分析,实现了-SO3H和K+在SBA-15分子筛介孔表面和微孔表面的组装。SO3H-SBA-15-K+类催化剂具有最可几孔径在4.0nm至6.9nm之间、比表面积在182m2/g至243.5m2/g之间的结构特点。SO3H-SBA-15-K+双官能化催化剂实现了对源自芒草中木质素的有效降解,降解率最高可达73.9%,在降解过程中催化剂表现出了双官能协同作用。通过对SO3H-SBA-15-K+系列催化剂木质素降解液的离子色谱检测,发现其中葡萄糖和木糖含量最高,分别达到16.1 mg/L和38.1mg/L。经FT-IR分析表明,降解过程中主要是C-O-C发生了断裂。(2)以-SH、K+为酸性官能团,制备出了SH-SBA-15-K+系列仿生催化剂,经小角X-射线衍射和比表面分析,发现催化剂具有二维六方圆柱形孔结构、最可几孔径在1.7至3.1nm之间、比表面积在420至727m2/g之间。该系列催化剂在降解木质素实验中表现出了提高的催化活性和双官能协同作用,最高降解率可达652%。SO3H-SBA-15-K+和SH-SBA-15-K+系列催化剂降解酸溶木质素的最佳条件为：溶剂为甲醇、降解时间为6h、木质素与催化剂质量比为0.25：0.03。SO3H-SBA-15-K+(mSO3H-SBA-15:mKCI=1:2)(?)SH-SBA-15-K+(mSO3H-SBA-15:mKCI=1:2)可重复利用3次,降解率分别保持在60.5%和60.0%。
【关键词】：仿生催化剂 木质素 二级孔SBA-15 降解
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.2 木质素的结构与应用12-15
• 1.2.1 木质素的结构12-13
• 1.2.2 木质素的应用13-15
• 1.3 木质素的降解15-20
• 1.3.1 木质素的氧化降解15-16
• 1.3.2 木质素的微生物降解16-18
• 1.3.3 木质素的还原降解18
• 1.3.4 木质素的酸碱催化降解18-19
• 1.3.5 木质素催化加氢降解19-20
• 1.4 级孔结构SBA-1520-23
• 1.4.1 SBA-1520-21
• 1.4.2 SBA-15的改性21-23
• 1.5 论文选题意义23
• 1.6 论文的主要内容23-25
• 第二章 K~+、-SO_3H双官能化SBA-15催化剂制备及降解木质素性能25-50
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验部分26-29
• 2.2.1 试剂26-27
• 2.2.2 SBA-15制备27
• 2.2.3 K~+、-SO_3H双官能化SBA-1527-28
• 2.2.4 木质素提取28
• 2.2.5 降解性能28-29
• 2.2.6 重复实验29
• 2.3 表征技术29-30
• 2.4 催化剂结构分析30-39
• 2.4.1 催化剂FT-IR表征30-33
• 2.4.2 催化剂AAS分析33-34
• 2.4.3 催化剂比表面积孔径分析34-38
• 2.4.4 催化剂广角XRD分析38-39
• 2.5 降解性能分析39-42
• 2.5.1 催化剂降解性能探索实验39-40
• 2.5.2 催化剂比较实验40
• 2.5.3 催化剂筛选实验40-41
• 2.5.4 催化剂优化实验41-42
• 2.6 木质素降解产物鉴定分析42-48
• 2.6.1 降解产物FT-IR分析42-44
• 2.6.2 离子色谱分析44-48
• 2.7 催化剂重复实验48-49
• 2.8 本章小结49-50
• 第三章 K~+、-SH双官能化SBA-15催化剂制备及降解木质素性能50-65
• 3.1 引言50
• 3.2 实验部分50-52
• 3.2.1 试剂50-51
• 3.2.2 SBA-15制备51
• 3.2.3 K~+、SH双官能化改性SBA-1551-52
• 3.2.4 降解性能52
• 3.2.5 重复实验52
• 3.3 表征技术52-53
• 3.4 催化剂结构分析53-57
• 3.4.1 催化剂的物相结构分析53-54
• 3.4.2 催化剂比表面分析54-57
• 3.5 催化剂降解性能分析57-60
• 3.5.1 催化剂降解性能探索实验57-58
• 3.5.2 催化剂比较实验58
• 3.5.3 催化剂筛选实验58-59
• 3.5.4 催化剂优化实验59-60
• 3.6 木质素降解产物初探60-63
• 3.7 催化剂重复实验63-64
• 3.8 本章小结64-65
• 第四章 结论及展望65-67
• 4.1 结论65-66
• 4.2 本论文的创新点66
• 4.3 展望66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72

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本文编号：1071272