纤维素催化转化制备多元醇和5-羟甲基糠醛

论文摘要

以纤维素为原料生产多元醇和5-羟甲基糠醛（HMF）是开发利用生物质能源的两种有效途径。多元醇由于其广泛的用途将成为新一代的能源平台；而HMF的分子中含有一个醛基和一个羟甲基,可以用于合成多种新化合物和新型高分子材料,被认为是链接于碳水化合物资源与石油工业之间的桥梁。如何高效的实现纤维素在这两个方向上的转化对于开发利用生物质能意义重大。本论文以纤维素为原料,分别尝试了其向多元醇以及HMF的转化,并对实验条件进行考察,优化,主要内容包括：（1）采用微波辅助加热方法和浸渍程序升温方法制备了炭复合材料和Ni-W2C/碳材料催化剂,并采用以尿素为助剂的燃烧法制备了多种贵金属催化剂。将制得的各类催化剂应用于纤维素水相催化转化中,其中Ni-W2C/AC的乙二醇和丙二醇产率分别为：28.9%,6.2%；贵金属催化剂中,掺杂Ni助剂的Ru-Ni/SiO2不仅乙二醇产率高达26.1%,同时丙二醇的产率也达到了12.1%。研究表明,Ni助剂在燃烧过程中对催化剂组分形成和分布产生一定影响,并在纤维素的水解反应中不同程度地提高了催化剂的活性;（2）采用两种溶剂体系——常规加热的离子液体和微波辅助加热有机溶剂体系,对纤维素催化转化为5-羟甲基糠醛（HMF）的反应条件进行了研究。研究表明：在以1-丁基-3-甲基咪唑氯（[C4mim]Cl）离子液为溶剂的体系中,在离子液为3 g,微晶纤维素100 mg,反应温度为160℃、盐酸量3.5μL、CrCl3·6H2O 74mg的条件下,HMF产率可达28.9%;在以微波辅助的LiCl/N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）体系中,由于微波作用不需加入无机酸就可实现纤维素到HMF的转化,在温度为150℃、CrCl3·6H2O 50mg的条件下,HMF产率可达13.2%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 传统能源与一次能源
• 1.1.1 传统能源
• 1.1.2 一次能源
• 1.1.3 传统能源与一次能源带来的环境问题
• 1.2 可再生能源
• 1.3 生物质能
• 1.3.1 生物质与生物质资源
• 1.3.2 生物质能
• 1.4 生物质转化技术以及目前进展
• 1.4.1 生物质转化的宗旨要求
• 1.4.2 目前生物质转化的分类
• 1.5 纤维素以及纤维素转化进展
• 1.5.1 纤维素
• 1.5.2 纤维素转化的目前进展
• 1.6 离子液体以及微波技术
• 1.6.1 离子液体以及纤维素在离子液体中的溶解
• 1.6.2 微波加速技术
• 1.7 论文的研究目的和内容
• 2 实验部分
• 2.1 常用实验材料及试剂
• 2.2 样品表征和仪器设备
• 2.2.1 扫描电镜
• 2.2.2 X射线衍射仪
• 2C/碳体系的制备'>2.3 碳化物/炭复合材料和Ni-W₂C/碳体系的制备
• 2.3.1 碳化物/炭复合体系的制备
• 2C/碳体系的制备'>2.3.2 Ni-W₂C/碳体系的制备
• 2.4 燃烧法制备贵金属催化剂
• 2.5 纤维素高压水解制备乙二醇、丙二醇
• 2C/碳体系催化转化纤维素'>2.5.1 碳化物/炭复合材料和Ni-W₂C/碳体系催化转化纤维素
• 2.5.2 高压水相中贵金属催化剂催化转化纤维素
• 2.6 纤维素催化转化制备HMF
• 2.6.1 离子液体的溶解性考察实验
• 4mim]Cl的制备'>2.6.2 离子液体[C₄mim]Cl的制备
• 2.6.3 离子液溶解体系催化转化纤维素制备HMF
• 2.6.4 DMAc/LiCl溶解体系中微波辅助Lewis酸催化转化纤维素制备HMF
• 2.7 分析方法与标准曲线
• 2.7.1 乙二醇、丙二醇分析方法与标准曲线绘制
• 2.7.2 HMF分析方法与标准曲线绘制
• 3 纤维素高压水解制备乙二醇、丙二醇
• 2C/碳体系的制备及其催化性能研究'>3.1 炭复合材料以及Ni-W₂C/碳体系的制备及其催化性能研究
• 3.1.1 微波辅助以生物质为原料制备碳化物/炭复合材料催化剂
• 2C/碳催化剂的制备与表征'>3.1.2 Ni-W₂C/碳催化剂的制备与表征
• 2C/碳体系催化剂用于纤维素水解反应性能研究'>3.1.3 炭复合材料及Ni-W₂C/碳体系催化剂用于纤维素水解反应性能研究
• 3.2 贵金属催化剂催化转化纤维素制备乙二醇、丙二醇
• 3.2.1 贵金属催化剂的制备和表征
• 3.2.2 贵金属催化剂用于纤维素水解反应性能研究
• 3.3 小结
• 4 纤维素催化转化制备5-羟甲基糠醛
• 4.1 离子液体中纤维素的催化转化制备HMF
• 4.1.1 离子液体的选择
• 4.1.2 温度对HMF产率的影响
• 4.1.3 盐酸加入量对产率的影响
• 4.1.4 氯化物催化剂加入量对产率的影响
• 4.2 微波加速有机溶剂中的纤维素催化转化制备HMF
• 4.2.1 温度对产率的影响
• 4.2.2 催化剂用量对产率的影响
• 4.3 两种溶解体系中纤维素转化制HMF特点分析
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢