生物質(zhì)在離子液體和高溫液態(tài)水中轉(zhuǎn)化為化學(xué)品的研究.pdf

1、生物質(zhì)是一種分布廣泛、價格低廉的可再生資源，將其高效轉(zhuǎn)化為化學(xué)品具有非常重要的意義。本課題結(jié)合綠色溶劑離子液體和高溫液態(tài)水的特點(diǎn)，提出兩條環(huán)境友好的工藝過程，在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品方面開展了一系列研究。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1.研究了離子液體[Mmim][DMP]對纖維素的前處理過程?？疾榱死w維素在離子液體中轉(zhuǎn)化的影響因素，以及離子液體與纖維素的相互作用機(jī)理。結(jié)果表明，纖維素在該離子液體中可以完全轉(zhuǎn)化為水溶性物

2、質(zhì)。離子液體中的陰、陽離子與纖維素羥基能共同形成氫鍵，導(dǎo)致纖維素分子內(nèi)或分子間的氫鍵斷裂、結(jié)晶度下降，從而使其易溶于水。
　　 2.為了分離離子液體與該體系中得到的反應(yīng)產(chǎn)物（低聚糖），我們測定了葡萄糖在離子液體與抗溶劑中的溶解度，提出抗溶劑法分離離子液體與葡萄糖的分離方法。結(jié)果證明，相對于乙腈和甲醇，乙醇是相對較好的分離葡萄糖與離子液體的抗溶劑。乙醇抗溶劑法適用于葡萄糖的初始濃度較高的離子液體體系。
　　 3.在高溫液態(tài)

3、水中，考查了超強(qiáng)固體酸催化劑WO3/ZrO2，SO42-/ZrO2，SO42-/TiO2以及兩種金屬共同存在的復(fù)合金屬氧化物SO42-/ZrO2-TiO2對纖維素的催化轉(zhuǎn)化。結(jié)果證明SO42-/ZrO2-TiO2的催化效果最高，纖維素的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95.0％。但是該類催化劑的活性中心SO42-在高溫液態(tài)水體系中容易流失，無法重復(fù)利用。
　　 4.在高溫液態(tài)水中，考查了氣體酸SO2催化劑對纖維素及其它碳水化合物的催化轉(zhuǎn)化。探索了反應(yīng)

4、溫度、反應(yīng)時間以及SO2濃度對纖維素轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果顯示纖維素的轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)97.3％，葡萄糖的收率為48.0％，乙酰丙酸的收率為45.0％。反應(yīng)結(jié)束后，通過水蒸汽吹掃的方法很容易將SO2回收利用，吹掃20 min后，溶液中剩余的SO2濃度低于0.01 g/L(10 ppm)。
　　 5.為了闡述H2O-SO2體系對生物質(zhì)高效的催化性能，我們比較了纖維素在H2O-SO2體系和H2O- H2SO4體系中催化轉(zhuǎn)化的區(qū)別，并通過pH

5、測定及紅外光譜分析得出H2O-SO2體系的催化機(jī)理。結(jié)果證明，其催化機(jī)理可以分為兩部分:(1) SO2易溶于水形成H2SO3，其電離出的H+對生物質(zhì)具有與硫酸催化劑相同的催化機(jī)理;(2) SO2分子含有孤對電子，具有路易斯酸的性質(zhì)，可使纖維素的氫鍵斷裂，結(jié)構(gòu)被破壞，有利于纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖。所以，與H2SO4相比，H2O-SO2體系有利于提高葡萄糖的收率。
　　 6.為了進(jìn)一步驗證H2O-SO2體系對生物質(zhì)的催化機(jī)理，我們將H2