离子液体溶解、降解纤维素的作用

论文摘要

目前平台化合物主要从石油资源中获得，随着石油等不可再生资源的大量消耗，以石油为主导的化工工业的成本将不断地提高。选择可再生生物质生产能源和有机化工原料，确定新的平台化合物，是目前以低碳经济、实现可持续发展为目标的绿色化学的重要研究内容。5-羟甲基糠醛（5-HMF）是一种重要的化工原料，它的分子中含有一个醛基和一个羟甲基，可以通过加氢、氧化脱氢、水解等化学反应，合成许多有用化合物和新型高分子材料，有望成为基于生物质资源的新型平台化合物。最早制备5-HMF的原料是果糖，现阶段制备合成5-HMF的原料也多为果糖和葡萄糖，而用纤维素为原料直接制得5-HMF的过程中目前大部分需要通过使用无机酸或者有机溶剂等成本高、易污染环境、后处理困难的手段来实现。近年来在绿色温和可控的条件下用纤维素甚至进一步用秸秆来生产5-HMF成为研究的热点和重点，但目前关于此类的公开报道还很少见到。室温离子液体作为一种室温下熔融的盐，是近年来被科学界广泛认知的，一类极具应用前景的环境友好，性能优良的溶剂。室温离子液体具有蒸汽压低、不挥发、不可燃、溶解性好等优点。离子液体种类众多具有可设计性，不仅可以作为良好绿色溶剂而且某些离子液体具有催化活性。本研究论文将主要研究在绿色溶剂离子液体溶解微晶纤维素的影响因素、及在离子液体溶解微晶纤维素的体系中直接转化微晶纤维素得到5-HMF。本研究论文首先研究了咪唑型离子液体对微晶纤维素的溶解能力，首先合成六种咪唑型离子液体，分别进行溶解实验。通过偏光显微镜进行观察，测定并比较了这六种离子液体对微晶纤维素的溶解能力，得出离子液体本身的结构特点等对溶解纤维素能力的影响。随后研究了在离子液体体系中通过较为温和的条件直接使微晶纤维素转化为5-HMF的方法。以离子液体BmimCl为溶剂、酸性离子液体[Bmim][HSO4]和CrCl3为催化剂，催化微晶纤维素脱水制备5-羟甲基糠醛。分别考察了温度、时间、催化剂量、水含量对反应的影响。反应的优化条件为：常压下，BmimCl用量为4g，微晶纤维素为0.02g，在130℃下加入[Bmim][HSO4]：1g和CrCl3：0.4g，不加水，反应4h，5-HMF的摩尔收率可以达到37%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物质
• 1.1.1 生物质概述
• 1.1.2 生物质资源的利用
• 1.2 纤维素
• 1.2.1 纤维素溶剂体系的研究现状
• 1.2.2 纤维素生物质制备平台化合物
• 1.3 5-羟甲基糠醛
• 1.3.1 5-羟甲基糠醛的应用
• 1.3.2 5-HMF 的检测方法
• 1.3.3 5-羟甲基糠醛的制备研究进展
• 1.4 离子液体
• 1.4.1 离子液体的定义和性质及种类
• 1.4.2 功能化酸性离子液子及特性
• 1.5 本文研究内容和意义
• 第二章 微晶纤维素在离子液体中的溶解
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试剂与仪器
• 2.1.2 离子液体的制备
• 2.1.3 微晶纤维素在离子液体中的溶解实验
• 2.1.4 微晶纤维素在离子液体溶解过程中的观察
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 离子液体的红外光谱表征
• 2.2.2 离子液体的核磁共振表征
• 2.2.3 微晶纤维素在不同离子液体中的溶解性能研究
• 2.2.4 离子液体溶解纤维素的机理
• 2.2.5 溶解微晶纤维素的离子液体的回收利用
• 2.3 小结
• 第三章 在离子液体中转化微晶纤维素直接制得 5-HMF
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂与仪器
• 3.1.2 离子液体的制备
• 3.1.3 在离子液体体系中直接转化微晶纤维素制得 5-HMF 的实验
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 离子液体的红外光谱表征
• 3.2.2 在离子液体体系中直接转化微晶纤维素制得 5-HMF 的实验研究
• 3.3.3 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢