固體酸堿催化麥稈制備5-羥甲基糠醛.pdf

1、生物質(zhì)是一種潛在的可以緩解化石資源匱乏的新型可再生資源，實現(xiàn)其綜合高效利用具有極大的現(xiàn)實意義。本課題以麥稈為原料，采用超聲輻射堿性過氧化氫醇法去除麥稈中的木質(zhì)素；利用固體炭基磺酸（S-AC）和固體堿二氧化鋯（ZrO2）催化預(yù)處理過的麥稈一步法制備5-羥甲基糠醛（5-HMF），以5-HMF的收率和麥稈殘渣率為指標(biāo)，考察反應(yīng)條件和催化劑制備條件對其影響，再通過正交實驗和Box-Behnken實驗優(yōu)化固體酸堿催化劑催化麥稈制備5-HMF的工藝

2、；最后，初步探索了由麥稈制備5-HMF的機理。
　　首先，對麥稈預(yù)處理進(jìn)行研究，得出較優(yōu)的預(yù)處理條件：堿性H2O2溶液組成為2％的NaOH和1.5%的H2O2，堿性H2O2與乙醇比為1：1，固液比1：20，80℃處理3 h。在優(yōu)化條件下，麥稈木質(zhì)素脫除率達(dá)到91.0%。
　　其次，以預(yù)處理后的麥稈為原料，探究反應(yīng)溫度、時間、正丁醇/水的體積比和底物濃度這4個單因素對5-HMF收率和麥稈殘渣率的影響，確定了優(yōu)化的反應(yīng)條件：反應(yīng)

3、溫度220℃，反應(yīng)時間4h，正丁醇/水體積比為2：1，底物濃度為3.8%，在此條件下，5-HMF的收率為14.9%，麥稈殘渣率為5.3%。
　　再根據(jù)上述優(yōu)化的反應(yīng)條件下，探究酸堿催化劑單獨使用和酸堿催化劑配合使用時對5-HMF收率和麥稈殘渣率的影響，結(jié)果表明：S-AC制備的適宜溫度為140oC，適宜時間為6h；ZrO2的煅燒適宜溫度為400℃；固體酸堿催化劑適宜加入量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，且S-AC與ZrO2的質(zhì)量比為4：1。

4、r>　　最后通過設(shè)計正交實驗從9個單因素中（反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、正丁醇/水體積比、底物濃度、S-AC制備溫度、S-AC制備時間、ZrO2煅燒溫度、S-AC堿催化劑質(zhì)量比和催化劑用量）篩選出固體酸堿催化劑催化麥稈5-HMF收率的顯著因素：S-AC制備時間、反應(yīng)溫度和催化劑用量。在此基礎(chǔ)上設(shè)計Box–Behnken實驗對影響麥稈制備5-HMF收率的顯著性因素進(jìn)行了分析，優(yōu)化了制備工藝。本文使用Design-Expert8.0軟件對三個顯著影

5、響因素進(jìn)行回歸擬合分析，通過模型的回歸方程分析得到5-HMF收率與顯著影響因素的關(guān)系：5-HMF收率=19.06+0.70×A+2.86×B+0.64×C+1.00×A×B+0.30×A×C-1.10×B×C-6.42×A2-5.56×B2-8.30×C2，當(dāng)S-AC制備時間為6.1h，反應(yīng)溫度為225.3℃，催化劑總量為20.2%時，5-HMF收率達(dá)到19.5%。在該條件下催化麥稈制備5-HMF，將實驗重復(fù)進(jìn)行三次取平均值，得到5-H