光催化降解纤维素的研究

论文摘要

本文以钛酸丁酯为原料,溶胶凝胶法制备了纳米二氧化钛粉体,利用浸渍提拉法在折叠板表面负载了纳米二氧化钛薄膜作为光催化反应的催化剂,在自制的折叠板型反应器内,研究了光催化降解纤维素。通过考察光照时间、薄膜层数等因素对光催化降解纤维素反应的影响,用红外光谱对降解前后的纤维素进行了对比表征,并用乌式粘度法测定降解前后纤维素聚合度的变化。结果表明:光催化降解原纤维素反应后,在纤维素分子链上没有新的官能团产生,光催化作用在一定程度上破坏了纤维素分子内或分子间的氢键,导致纤维素聚合度降低,解聚率达到88.5%。分别采用氢氧化钠溶液、盐酸、氯化锌溶液等手段预处理纤维素,并对处理过的纤维素再进行光催化降解,对降解后的纤维素进行表征发现,将纤维素溶解于氯化锌溶液是一种有效的预处理方法,处理后纤维素的可及度增大,更易进行降解反应。光催化二氧化钛降解溶解于氯化锌溶液的纤维素,对产物进行分离提纯表征后发现,该方法可以直接得到产物5-羟甲基糠醛。通过进一步考察光照时间、催化剂薄膜层数、折叠板角度等因素对5-羟甲基糠醛产率的影响,并计算了折叠板光催化反应器的能量效率,得到以下结果:当光照时间为2h,纳米二氧化钛薄膜层数为9层,折叠板角度42°时,纤维素在折叠板光催化反应器中可以被有效降解,产物中5-羟甲基糠醛的最高产率达到3.87%。按照纤维素光催化降解生成5-羟甲基糠醛的产率计算,折叠板光催化反应器的能量效率高于平板反应器,其EE/M值为10.9 kWh/kg。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1-1 引言
• 1-2 纤维素结构及其降解方法概述
• 1-2-1 纤维素结构
• 1-2-2 纤维素的降解方法
• 2 光催化剂概述'>1-3 纳米TiO₂光催化剂概述
• 1-3-1 纳米二氧化钛简介及其性质
• 1-3-2 二氧化钛光催化氧化反应的基本机理
• 2 催化剂薄膜的制备方法'>1-3-3 纳米TiO₂催化剂薄膜的制备方法
• 2 光催化剂的应用'>1-3-4 纳米 TiO₂光催化剂的应用
• 1-4 本课题研究的内容目的及意义
• 第二章 光催化解聚纤维素
• 2-1 实验原料和试剂
• 2-2 实验仪器
• 2-3 实验装置
• 2-3-1 折叠板光催化反应器
• 2-4 实验过程
• 2 粉体'>2-4-1 溶胶凝胶法制备纳米TiO₂粉体
• 2 催化剂薄膜的制备'>2-4-2 纳米TiO₂催化剂薄膜的制备
• 2 薄膜光催化剂的制备'>2-4-3 Ag/TiO₂薄膜光催化剂的制备
• 2-4-4 光催化解聚纤维素过程
• 2-4-5 粘度法测定解聚前后纤维素的聚合度
• 2-5 结果与讨论
• 2-5-1 不同条件下纤维素解聚程度的对比
• 2-5-2 催化剂薄膜层数对纤维素降解的影响
• 2-5-3 光照时间对纤维素降解的影响
• 2催化剂中Ag⁺浓度的影响'>2-5-4 Ag/TiO₂催化剂中Ag⁺浓度的影响
• 2催化剂在AgN0₃ 溶液中浸泡时间的影响'>2-5-5 Ag/TiO₂催化剂在AgN0₃溶液中浸泡时间的影响
• 2-5-6 红外谱图对比
• 第三章 纤维素预处理后的结构变化
• 3-1 引言
• 3-2 纤维素的预处理
• 3-2-1 铜氨溶液溶解预处理法
• 3-2-2 氢氧化钠预处理法
• 3-2-3 盐酸预处理法
• 3-2-4 氯化锌预处理法
• 3-2-5 预处理后的纤维素的光催化降解
• 3-3 结果与讨论
• 3-3-1 不同预处理方法对光催化降解纤维素反应的影响
• 2 溶液溶解纤维素的现象'>3-3-2 ZnC1₂溶液溶解纤维素的现象
• 3-3-3 X 射线衍射分析预处理前后纤维素的结构变化
• 3-3-4 红外光谱分析预处理前后纤维素的结构变化
• 3-3-5 扫描电镜分析预处理前后纤维素的结构变化
• 第四章 光催化降解预处理后的纤维素
• 4-1 实验过程
• 4-1-1 光催化降解反应
• 4-1-2 催化剂的表征
• 4-1-3 降解产物的分离提纯和结构分析
• 4-1-4 纤维素降解产物5-HMF 定量检测方法的建立
• 4-2 实验结果与讨论
• 2 催化剂的特征'>4-2-1 TiO₂催化剂的特征
• 4-2-2 降解产物的提纯及表征
• 4-2-4 影响纤维素降解实验因素的考察
• 4-2-5 光照时间对5-HMF 产率的影响
• 4-2-6 催化剂薄膜层数对5-HMF 产率的影响
• 4-2-7 折叠板角度对5-HMF 产率的影响
• 4-2-8 纤维素光催化降解机理的探讨
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所取得相关科技成果