催化转化木质纤维素类生物质制备液态燃料
发布时间：2021-01-03 01:07
随着当前环境污染、温室效益及能源短缺问题的日益加剧,寻找一种清洁的可再生能源迫在眉睫。生物质作为地球上唯一可再生的有机碳源,储量大、分布广,具有替代化石能源的潜力。其中,木质纤维素类生物质是最丰富的生物质资源,主要由纤维素及半纤维素和木质素组成,可以分别解聚转化为C5/C6烷烃和单体、二聚体类小分子产物作为液态运输燃料使用,这对于缓解当前的能源危机具有重大意义。但是纤维素和木质素均为天然高分子,具有结构复杂,难溶于水等特点,因此它们向液态燃料的转化面临着转化条件苛刻、产物复杂、路径不明确以及高温易引起副产物增多和产物再缩聚等难点。本文针对木质素和纤维素各自的特点分别开发出不同的高效催化剂体系,在提高产物产率的基础上,降低反应条件并深入地探究了转化过程中的机理作用。根据以上的研究背景,本文在以纤维素衍生物山梨醇及微晶纤维素和硫酸盐木质素为原料的前提下,采用不同的复合催化体系展开了制备生物质液态燃料的相关研究工作,具体如下:（1）通过V修饰的Ir/SiO2催化剂（Ir-VOx/SiO2催化剂）结合分子筛HZSM-5催化转化纤维素衍生物山梨醇制备C5/C6液态烷烃燃料,探究其催化转化山梨醇的...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１木质纤维素生物质结构ｗ??
?第１章绪?论???ＨＯ?入一＊??Ｏｔｔ－－＇?〇Ｈ?．．．、；；＾Ｈ?．．．．．．．．．．?．．．?ＯＨ?？■？＂＇?＇〇Ｈ、－－；ＰＨ??／〇Ｈ＇．（．、（?Ｈ．、；、．■ＯＨ??ｖ?Ｖ?）??ｃｅｌｌｏｂｉｏｓｅ?ｕｎｉｔ??图１．２包含大量氢键网络的纤维素结构ｎ??ＯＨ??＾?ＨＯ?一?Ｖ＇ｄ，??９Ｈ?９Ｈ?０Ｈ??八八人?ＯＨ厶?〇Ｈ?、、??ＨＯ?Ｙ?ｒ?Ａｙ?Ｇｌｕｃｏｓｅ?ＨＯＨ２Ｃｖ?，〇ｖ?ＣＨＯ??＾Ｈ〇Ｈ?Ｗ??Ｓｏｒｂｉｔｏｌ?Ｖ＼?Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ?Ｓ＼＾Ｘ?５－ｈｙｄｒｃｘｙｍｅｔｈｙｌｆｕｒｆｕｒａｌ??＼?严?〇Ｈ?Ｘ?（ＨＭＦ，??ＯＨ??－?〇Ｈ?ｎ?．??ｒ?Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?２?０＾３５－??Ｕｌｃｏｈｏｌ＾ｓ??ＯＨ?ｆ?ＱＨ?ＯＨ??Ｅｔｈｙｌｅｎｅ?ｇｌｙｃｏｌ?ｗｔｖ?＇?ｋ?＾?０?，、一，、、Ｚ、、，０Ｈ??ＨＯ?ＯＨ?Ｈ〇？〇＼Ｘ＾〇？?Ｈ〇?＇Ｉ?ｌＨ?〇??＼—Ｌ、、?ＯＨ?ｃｈ２ｃｈ３?ｏｈ?ｏｈ?ｏ??Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ?ｇｌｙｃｏｉ?Ａｌｋｙｌ?ｇｌｕｃｏｓｉｄｅｓ?Ｇｌｕｃｏｎｉｃ?ａｃｉｄ??图１．３纤维素衍生物ｎ??１．２．?２木质素??如图１．４所示为木质素的基本单元，它是由芥子醇（Ｓ）、松柏醇（Ｇ）和香??豆醇（Ｈ）三种基本苯丙烷醇通过醚键和Ｃ－Ｃ键（如图１．５）形成的三维天然高??分子聚合物，其中醚键约占２／３，其余为Ｃ－Ｃ键；也正是由于木质素的三维网状??结构，使其具有硬度高、不溶性水、降解难度大和化学性质稳定等特点。相对于??纤维素和半纤维素，木
?第１章绪?论???Ｗａｔｅｒ－ｓｏｌｕｂｌｅ??Ｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ??Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?????＇?＞?Ｉｒ－Ｒｅ０ｘ／Ｓｉ０２＋ＨＺＳＭ－５??＾°Ｙ＾Ｈ＋Ｈ２ｌｌｙｄｒ〇ｇｅｎａｌ，〇ｎ?６ｈＸ?．ＩＭＩｙｄｒｕｇｃｎｏｌｙｓｉｓ?＾??〇Ｈ?、ｈ?ｒ?，?？?Ｗ－ｌｌｃｘ３ｎｅ??Ｇｌｕｃｏｓｅ?Ｓｏｒｂｉｔｏｌ??图１．６?Ｔｏｍｉｓｈｉｇｅ团队提出的纤维素在Ｉｒ－ＲｅＣＫ／ＳｉＣｈ和ＨＺＳＭ－５上转化的反应路径ｄ??（２）山梨醇向Ｃ５／Ｃ６烷烃的转化??威斯康辛大学的Ｄｕｍｅｓｉｃ等人首先对山梨醇水相重整为烷烃进行了研??究并提出了山梨醇向烷烃转化的路径，如图１．７?（ａ）所示。在水－气交换反应和??Ｃ－Ｃ键断裂过程中会在金属位上产生氢气；一些山梨醇脱水物例如异山梨醇或烯??醇式的环状化合物则在酸性位上生成１５１］，这些山梨醇脱水形成的化合物继续转移??至金属活性位上加氢，在氢气氛围中重复地环化脱水和加氢形成长链己烷。与脱??水反应中间体的氢化相比，一些副产物如轻质烷烃的形成通过Ｃ－Ｃ键的快速断??裂而产生，更轻的烷烃还可以由生成的Ｃ０／Ｃ０２加氢形成。Ｄｕｍｅｓｉｃ团队认为通??过水相重整生成各种烷烃的选择性在于Ｃ－Ｃ键的裂解、脱水和加氢反应的速率，??因此，可以通过改变催化剂组成，反应条件和反应器设计来改变生成烷烃的选择??性。此外，如图１．７?（ｂ）所示，Ｍｕｒａｔａ等人认为生成的山梨醇在ＲｅＯｘ上进行??脱氧脱水生成己三烯，然后通过Ｐｔ对己三烯进行加氢生成Ｃ６烷烃。同时，根据??Ｈｕｂｅｉ？等人的研究１３５］，山梨醇在向烷烃转化的过程中易形成含四氢呋喃环或
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质利用技术进展[J]. 张世鑫,陈明光,吴陈亮,史磊,李楠,李建漳,黄建萍,吴献铭,王庆文,叶萌. 中国资源综合利用. 2019(04)
[2]由木质素制备高品位运输燃料初探[J]. 赵岩,徐清,傅尧,刘银. 化学通报. 2017(03)
[3]关于生物质利用的最新进展[J]. 曹邦威. 中国造纸. 2011(07)
[4]木质素制备燃料及化学品研究进展[J]. 白爱玲,乐治平. 现代化工. 2008(S2)
博士论文
[1]碳基固体酸催化生物质制取糠醛、5-羟甲基糠醛的研究[D]. 张听伟.中国科学技术大学 2019
本文编号：2954006
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１木质纤维素生物质结构ｗ??
?第１章绪?论???ＨＯ?入一＊??Ｏｔｔ－－＇?〇Ｈ?．．．、；；＾Ｈ?．．．．．．．．．．?．．．?ＯＨ?？■？＂＇?＇〇Ｈ、－－；ＰＨ??／〇Ｈ＇．（．、（?Ｈ．、；、．■ＯＨ??ｖ?Ｖ?）??ｃｅｌｌｏｂｉｏｓｅ?ｕｎｉｔ??图１．２包含大量氢键网络的纤维素结构ｎ??ＯＨ??＾?ＨＯ?一?Ｖ＇ｄ，??９Ｈ?９Ｈ?０Ｈ??八八人?ＯＨ厶?〇Ｈ?、、??ＨＯ?Ｙ?ｒ?Ａｙ?Ｇｌｕｃｏｓｅ?ＨＯＨ２Ｃｖ?，〇ｖ?ＣＨＯ??＾Ｈ〇Ｈ?Ｗ??Ｓｏｒｂｉｔｏｌ?Ｖ＼?Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ?Ｓ＼＾Ｘ?５－ｈｙｄｒｃｘｙｍｅｔｈｙｌｆｕｒｆｕｒａｌ??＼?严?〇Ｈ?Ｘ?（ＨＭＦ，??ＯＨ??－?〇Ｈ?ｎ?．??ｒ?Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?２?０＾３５－??Ｕｌｃｏｈｏｌ＾ｓ??ＯＨ?ｆ?ＱＨ?ＯＨ??Ｅｔｈｙｌｅｎｅ?ｇｌｙｃｏｌ?ｗｔｖ?＇?ｋ?＾?０?，、一，、、Ｚ、、，０Ｈ??ＨＯ?ＯＨ?Ｈ〇？〇＼Ｘ＾〇？?Ｈ〇?＇Ｉ?ｌＨ?〇??＼—Ｌ、、?ＯＨ?ｃｈ２ｃｈ３?ｏｈ?ｏｈ?ｏ??Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ?ｇｌｙｃｏｉ?Ａｌｋｙｌ?ｇｌｕｃｏｓｉｄｅｓ?Ｇｌｕｃｏｎｉｃ?ａｃｉｄ??图１．３纤维素衍生物ｎ??１．２．?２木质素??如图１．４所示为木质素的基本单元，它是由芥子醇（Ｓ）、松柏醇（Ｇ）和香??豆醇（Ｈ）三种基本苯丙烷醇通过醚键和Ｃ－Ｃ键（如图１．５）形成的三维天然高??分子聚合物，其中醚键约占２／３，其余为Ｃ－Ｃ键；也正是由于木质素的三维网状??结构，使其具有硬度高、不溶性水、降解难度大和化学性质稳定等特点。相对于??纤维素和半纤维素，木
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【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质利用技术进展[J]. 张世鑫,陈明光,吴陈亮,史磊,李楠,李建漳,黄建萍,吴献铭,王庆文,叶萌. 中国资源综合利用. 2019(04)
[2]由木质素制备高品位运输燃料初探[J]. 赵岩,徐清,傅尧,刘银. 化学通报. 2017(03)
[3]关于生物质利用的最新进展[J]. 曹邦威. 中国造纸. 2011(07)
[4]木质素制备燃料及化学品研究进展[J]. 白爱玲,乐治平. 现代化工. 2008(S2)
博士论文
[1]碳基固体酸催化生物质制取糠醛、5-羟甲基糠醛的研究[D]. 张听伟.中国科学技术大学 2019
本文编号：2954006
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