生物質(zhì)熱化學催化氨化制備含氮化學品的研究.pdf

1、目前，我國的一次能源消費以煤為主，化石能源的大量消耗引起嚴重的環(huán)境污染問題。持續(xù)快速發(fā)展的能源需求和能源的清潔高效利用，對能源研究領(lǐng)域的科學合理發(fā)展提出了巨大的挑戰(zhàn)。生物質(zhì)能作為世界上重要的新能源，在應(yīng)對全球氣候變化、能源供需矛盾、保護生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用。生物質(zhì)是唯一可轉(zhuǎn)化為多種燃料和化學品的可再生綠色碳源，引起了較為廣泛關(guān)注。熱化學催化選擇性氨化技術(shù)是一種經(jīng)濟可行的方法轉(zhuǎn)化生物質(zhì)到含氮化學品。
　　吲哚類化合物、吡咯類

2、化合物和乙腈是一類高附加值含氮化學品，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品、化工等領(lǐng)域有著穩(wěn)定的市場和光明的前景。但目前這些含氮化學品的制備過程還存著諸多問題，如原料污染嚴重、反應(yīng)條件嚴苛、目標產(chǎn)率不高、催化體系復(fù)雜等?；谶@些問題，本論文主要發(fā)展了多種催化體系，配合最優(yōu)反應(yīng)參數(shù)，實現(xiàn)了氨氣氛圍中熱化學催化轉(zhuǎn)化生物質(zhì)原料到多種含氮化學品的定向高效制備過程。論文主要分為以下五個章節(jié):
　　第一章首先簡要介紹了木質(zhì)纖維素生物質(zhì)和微藻，接著詳細綜述目前生

3、物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化的發(fā)展現(xiàn)狀以及熱化學催化氨化領(lǐng)域的最新研究進展。同時，介紹了多種高附加值含氮化學品的主要用途和制備工藝。
　　第二章介紹了以糠醛作為生物質(zhì)基模型物，通過氨氣氛圍中熱化學催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，實現(xiàn)定向制備吲哚類化合物的研究。通過對催化劑、反應(yīng)溫度、重時空速、氨與糠醛的摩爾比等反應(yīng)條件的系統(tǒng)優(yōu)化，有效提升了吲哚類化合物的產(chǎn)率和選擇性。HZSM-5催化劑在多次循環(huán)/再生之后僅輕微失活。通過實驗數(shù)據(jù)和理論計算的結(jié)合，提出了熱化化學催

4、化氨化糠醛制備吲哚類化合物的可能反應(yīng)路徑。
　　第三章研究了惰性載氣的引入對熱化學催化氨化糠醛制備吲哚類化合物的影響。利用氮氣稀釋氨氣，實現(xiàn)了較低溫度條件下含氮化學品和吲哚類化合物產(chǎn)率的提升。稀釋氨氣氛圍對呋喃類化合物制備含氮化學品同樣具有一定的促進作用。呋喃類化合物的官能團是決定產(chǎn)物分布的關(guān)鍵因素。吲哚類化合物產(chǎn)率的提升是由于稀釋氨氣氛圍中抑制了生成2-氰基呋喃和焦炭的副反應(yīng)路徑。對比研究了HZSM-5催化劑在純氨氣和稀釋氨氣氛

5、圍中的循環(huán)穩(wěn)定性，通過XRD、XRF、NH3-TPD等表征手段分析發(fā)現(xiàn)稀釋氨氣氛圍能有效減輕催化劑循環(huán)過程中的脫鋁、結(jié)構(gòu)破壞和酸量降低的現(xiàn)象。
　　第四章介紹了低溫氨氣氛圍中催化快速熱解纖維素制備吡咯類化合物的研究。設(shè)計使用了原位和非原位實驗級快速熱解裝置，結(jié)果表明原位γ-Al2O3氨氣氛圍中催化快速熱解纖維素有利于吡咯類化合物的生成。系統(tǒng)地研究了催化劑、反應(yīng)溫度以及催化劑和原料比對產(chǎn)物分布的影響。探討了在低溫條件下催化快速熱解纖

6、維素制備吡咯類化合物的可能反應(yīng)路徑。
　　第五章介紹了在氨氣氛圍中催化快速熱解低脂質(zhì)藻類制備乙腈的研究。以小球藻為原料，利用熱化學催化氨化反應(yīng)，在Ga/HZSM-5催化劑的作用下實現(xiàn)了高選擇性制備乙腈。考察了藻類的三大組分（碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)）在熱化學催化氨化過程中的轉(zhuǎn)化路徑。在原料拓展中，Ga/HZSM-5催化劑對多種低脂質(zhì)微藻和農(nóng)林廢棄物在氨氣氛圍中催化快速熱解制備乙腈都表現(xiàn)出較好的適用性。
　　第六章對全文進行了