生物质碳基固体酸催化剂在纤维素水解中的研究进展

综述了生物质碳基固体酸催化剂催化纤维素水解的最新研究进展,首先介绍了催化剂制备的原料及方法,包括热解炭化-磺化法、硫酸炭化-磺化法、水热炭化-磺化法以及热解炭化-氧化-磺化法等,分析了催化纤维素水解的机理,简述了催化剂活性评价方法及促进水解反应的辅助方法,并展望生物质碳基固体酸催化剂在纤维素水解中的应用前景及发展方向。     

油茶壳原料制备木糖和高品质活性炭的研究

油茶壳中半纤维素含量丰富,可作为制备木糖的潜在原料。笔者通过稀酸(H_2SO_4)水解方法处理油茶壳原料,采用正交实验法详细分析了稀硫酸浓度、反应温度、反应时间3个因素对木糖得率的影响。结果表明:在稀酸质量分数为1.0%、催化温度为80℃、反应时间为2.0 h的最佳反应条件下,可实现最高为98.2%的木糖得率。稀硫酸水解油茶壳的同时也通过酸洗的方式去除了油茶壳原料中的灰分。用磷酸法活化水解后的固体残渣制备活性炭,所得活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值分别为937.9和145.5 mg/g,其灰分仅为0.60%。在相同条件下,以油茶壳作为原料制备的活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值分别为881.5和121.5 mg/g,其灰分为2.40%。采用FT-IR和XRD对水解后的固体残渣进行分析,结果表明稀硫酸催化水解油茶壳主要水解其中的半纤维素,并未水解或破坏其中的纤维素和木质素。本研究中油茶壳的高值化综合利用方法制备出了高得率木糖及低灰分活性炭,实现了油茶壳的全值化利用。     

固体酸催化水解杉木制备乙酰丙酸的研究

以杉木粉为原料,以SO42--TiO2/粘土固体酸为水解催化剂,探讨了固体酸催化剂的用量、水解温度、液固比和水解时间对杉木粉制备乙酰丙酸得率的影响.研究结果表明,当固体酸的用量为3.5%、温度为240 C、液固比为18:1、水解时间为35 min时为较优的制备工艺.在该工艺条件下,乙酰丙酸的得率为22.16%.     

生物质炭基磁性固体酸催化剂研究进展

从生物质炭基前驱体和磁性Fe_3O_4材料的制备技术方面综述了国内外生物质炭基磁性固体酸催化剂制备方法。总结了生物质炭基磁性固体酸催化剂的合成技术(吸附作用、负载作用、包埋技术和嫁接技术)和发展状况,着重介绍了化学共沉淀法和水热法制备磁性Fe_3O_4材料及进一步合成生物质炭基磁性固体酸催化剂的生产工艺,并且简述了高温分解法和微乳法制备磁性Fe_3O_4材料及进一步合成生物质炭基磁性固体酸催化剂的现状;阐述了生物质炭基磁性固体酸催化剂催化木质纤维类生物质在水解反应、酯化反应、缩合反应等方面的应用进展。指出了生物质炭基磁性固体酸催化剂下一步的研究方向,并展望了今后的研究重点。     

甲酸水解纤维素制取纤维低聚糖的研究

研究了盐酸催化下甲酸水解生物质纤维制取纤维低聚糖的过程,探讨了时间与温度对水解的影响,并对工艺条件进行优化.实验表明,随着反应时间增加,棉花结晶度随之减少并不断水解;水解的最佳工艺条件为:1g棉花、24g含4%(质量分数)盐酸的甲酸溶液在65℃下水解8h,总还原糖得率25.06%,葡萄糖得率16.71%,纤维低聚糖得率8.35%.     

固体酸催化生物质转化的研究进展

受能源危机和环境污染的影响,绿色环保的固体酸催化剂在催化生物质转化为各类化学品方面的研究已成为近期的热点.本文综述了固体酸在生物质催化转化上的研究进展,首先列举可用于生物质转化的固体酸种类,接着介绍了固体酸催化剂在催化生物质转化生成生物质燃料、生物质平台化合物和生物基材料的研究状况,然后总结了在应用中存在的问题,最后展...     

响应面法优化TiO_2-SiO_2固体酸水解杨木屑制备乙酰丙酸的研究

以杨木屑粉为原料,以TiO2-SiO2固体酸为水解催化剂,探讨了固体酸的用量、水解温度、液固比和水解时间对乙酰丙酸得率的影响,采用响应面法建立二次回归模型,并对水解工艺进行了优化。研究结果表明,当液固比为14∶1、固体酸的用量为3.53%、温度为241℃、水解时间为36min时为较优的制备工艺,在该工艺条件下,乙酰丙酸的得率为23.11%     

固体催化剂在生物质合成乙酰丙酸和乙酰丙酸酯中的应用研究进展

简单介绍了乙酰丙酸和乙酰丙酸酯的合成途径。乙酰丙酸的合成路径主要包括糠醇催化水解法、生物质直接水解法和半纤维素水解法,乙酰丙酸酯类的合成路径主要有乙酰丙酸酯化合成法、生物质直接醇解法、生物质经糠醇醇解法和5-氯甲基糠醛醇解法。综述了近年来固体催化剂在催化转化生物质合成乙酰丙酸和乙酰丙酸酯的研究进展,简要概述了用于催化生物质的固体超强酸、分子筛、杂多酸和树脂等固体催化剂类型,并展望了固体催化剂今后的发展应用。     

高温高压制备微晶纤维素新工艺

高温高压制备微晶纤维素工艺与传统的制备工艺的反应机理相近,随着处理液pH值、时间、温度、压力等反应相关因素的调整,其反应进程发生重大变化,并且产生与传统工艺截然不同的结果。实验结果表明,制备过程因素影响关系为:酸浓度<处理时间<水解温度;从得率对比情况看,高温高压制备微晶纤维素的工艺水解反应时间过长,则纤维素反应物明显减少,其得率明显偏低,合理控制处理时间是保证有效得率的重要环节。从不同工艺条件下微晶纤维素得率角度,高温高压制备微晶纤维素的最佳工艺为:盐酸浓度取2.5%、处理时间为180 min、水解温度为130℃;但以表面膨胀体积为参照系时,高温高压制备微晶纤维素的最佳工艺为:此时盐酸浓度应取1.0%、处理时间为120 min、水解温度为150℃。     

固体磷酸铁催化纤维素液化制备乙酰丙酸及乙酰丙酸甲酯

以纤维素为原料、固体FePO₄为催化剂,在水/甲醇溶液中制备乙酰丙酸及乙酰丙酸甲酯。通过比较液体酸、金属氯盐、金属硫酸盐以及磷酸铁的催化作用发现,FePO₄催化作用下纤维素的转化效率、乙酰丙酸及乙酰丙酸甲酯的总产率均与H₂SO₄、Al₂(SO₄)₃催化作用结果相当。其催化作用主要归结为固体FePO₄通过水解形成Br?nsted酸及Lewis酸酸性位点,为纤维素水解、葡萄糖异构化及脱水形成乙酰丙酸/酯提供催化活性,实现纤维素定向液化选择性制备乙酰丙酸及乙酰丙酸甲酯。在反应温度220℃、反应时间2 h、微晶纤维素2 g、水/甲醇体积比1∶19(溶剂总体积40 mL)、催化剂用量1.5 g的最佳反应条件下,乙酰丙酸及乙酰丙酸甲酯总收率为62.2%。FT-IR、XRD及TG/DTG对纤维素、固体残渣和FePO₄催化剂表征结果表明:反应后纤维素得到了有效地液化,催化剂则通过重结晶形式从溶剂体系中分离。...     

玉米秸秆稀酸预处理的研究

研究了玉米秸秆稀酸预处理条件对木糖得率和纤维素酶水解性能的影响.在单因素试验的基础上,用正交试验法对稀酸预处理条件进行优化.在固液比1∶10、硫酸质量分数0.75%、温度150℃条件下处理30min,木糖得率最大为85.64%.100g玉米秸秆经稀酸预处理和纤维素酶水解后,可得到最大总糖量49.74g.分析结果表明,木糖得率最大影响因素为酸浓,酶解得率最大影响因素是温度.温度对综合指标的影响极显著,酸浓影响显著,时间影响不显著.预处理破坏了玉米秸秆的纤维素结构.     

微波辐射下SO2-4/ZrO2-TiO2催化合成乙酸诺卜酯

以自制诺卜醇和乙酸为原料,固体超强酸SO2-4/ZrO2-TiO2为催化剂,甲苯为带水剂,在微波辐射条件下合成乙酸诺卜酯,考察了微波辐射条件和催化剂制备条件、催化剂用量等对乙酸诺卜酯得率的影响.结果表明,微波辐射温度、时间及催化剂的制备条件和用量对乙酸诺卜酯得率有较大影响.优化的工艺条件为:诺卜醇质量 20 g,醇酸物质的量比1:1.15,微波辐射温度 105 ℃,微波功率 650 W,辐射时间 85 min,催化剂SO2-4/ZrO2-TiO2(Ti与Zr质量之比为6:1,焙烧温度 450 ℃)用量为诺卜醇质量的 2.5 ﹪,该条件下乙酸诺卜酯得率 81.3 ﹪.此外,催化剂可重复使用4次.与普通加热反应相比,时间缩短,产物得率提高.     

极低酸水解对稻壳生成乙酰丙酸和纤维结构的影响

研究了极低酸水解对稻壳转化乙酰丙酸和纤维结构的影响.以0.1%的硫酸为催化剂,考察了稻壳水解生成乙酰丙酸的规律.结果显示:适宜的液固比为32:1(mL:g),温度240℃,水解时间30 min.在此条件下,原料纤维素和半纤维素的总转化率为12.81%.采用扫描电镜、X射线衍射仪和红外光谱对稻壳残渣进行表征,结果表明经水...     

玉米秸秆生物炼制燃料乙醇的研究

以玉米秸秆为原料,研究了中酸预处理条件下水洗得到的残渣经酶水解后进行己糖发酵、水洗液经三烷基胺萃取脱毒后进行戊糖发酵的乙醇得率,并对整个工艺进行了物料衡算.结果表明:中酸预处理的最佳条件为温度100℃,硫酸质量分数3％,时间12h.残渣的酶水解液浓缩至葡萄糖质量浓度为138.72g/L进行乙醇发酵,在24 h时糖利用率...     

响应面法优化微波辅助提取五倍子单宁工艺研究

通过单因素及响应面法对微波辅助提取五倍子单宁的工艺条件进行了优化,考察了液固比、微波提取时间、提取温度3个自变量对响应值单宁酸提取得率的影响.结果表明,单宁酸最佳微波辅助提取条件为:五倍子粉末10 g,微波功率600 W,液固比32∶1(mL:g),提取时间7 min,提取温度62℃,在此条件下单宁酸提取得率为65.13％.     

熔盐裂解液化生物质的研究

为了考察熔盐组成、原料种类和裂解温度等因素对生物质裂解液化的影响,在自行设计的反应器中进行了实验研究。结果表明:纤维素在ZnCl2中液化,生物油得率最高,为35%;在66%(物质的量分数)KCl-CuCl中液化,生物油中水分含量最低,为21%;硝酸盐不适于生物质液化反应,生物油得率为零。以纤维素为原料的生物油得率高于以水稻秸秆为原料的生物油得率,而且生物油中的水分含量较低,说明含纤维素较多的生物质原料更适于裂解液化。热裂解反应受温度影响较大,生物油得率随温度升高呈先升高后降低的趋势,存在一个较优的温度,对纤维素原料而言在530℃左右,水稻秸秆在450℃左右。采用FT-IR和GC-MS对生物油进行初步分析,生物油成分比较复杂,其中呋喃类物质占有较大比例。     

原位合成炭基磷钨酸及其催化性能初探

以杉木屑为原料,采用原位合成法制备炭基磷钨酸催化剂,以此催化剂催化水解微晶纤维素制备纳米纤维素(NCC),考察了液料浸渍比、炭化温度及炭化时间等催化剂的制备因素对NCC得率的影响。结果表明:液料浸渍比2.5∶1(mL∶g),炭化温度350℃,炭化时间1.5 h条件下制备得到的炭基磷钨酸的催化性能较好,NCC得率可达25.28%。采用傅里叶红外光谱仪、热重分析及扫描电镜对炭基磷钨酸催化剂进行了表征,结果表明:磷钨酸较好地负载在炭材料上,炭基磷钨酸的Keggin结构特征吸收峰并未发生明显变化,磷钨酸Keggin结构开始分解的温度是370℃。用透射电子显微镜和X射线衍射仪对NCC的形貌、晶体结构进行了分析,结果表明:NCC呈棒状,直径9~70 nm,长度130~830 nm,平均长径比为11.2∶1,结晶度为76.1%,平均晶粒尺寸6.9 nm。     

固体酸水解玉米秸秆制备糠醛的研究

为了减少使用液体酸制备糠醛时对环境的影响,以玉米秸秆为原料,以SO42--TiO2/黏土固体酸为催化剂制备糠醛.对水解温度、时间和固体酸用量等主要影响因素进行了分析,采用响应面法对制备工艺进行了优化,并建立了二次回归模型.当玉米秸秆的粒度为O.45mm、固液比1:10(g:mL)、水解温度为158℃,水解时间为3.8 ...     

金属钼催化云杉制备松柏醇醚及全组分利用

木质纤维由纤维素、半纤维素和木质素组成,是地球上最丰富的可再生碳氢资源。作为生物质的主要组分之一,木质素是唯一一种可再生的芳香化合物原料。木质素通过降解转化为苯酚单体化合物是实现木质素高值化的应用基础。笔者利用具有纳米尺度的MoOx/SBA-15催化剂开展了云杉木质纤维的还原催化分离研究,实现了木质素组分优先降解为松柏醇醚的过程。结果表明:云杉在甲醇体系中催化还原降解反应的最佳条件为温度240℃、反应时间2 h、常压氮气氛围、甲醇作为溶剂及氢供体。在最佳条件下,木质素经过降解转化为高附加值的松柏醇甲醚,基于木质素质量计算的转化率可达13.5%,该产物可通过简单的硅胶柱层析法实现分离纯化。反应后的固体残渣中,纤维素和半纤维素组分保留率分别达到98%和92%,可分别通过酶催化及酸催化高效转化为葡萄糖和木糖。由此可知,以MoOx/SBA-15作为催化剂不仅可以有效地将木质素催化降解为易于进一步功能化的不饱和单体产物松柏醇甲醚,还可以实现生物质组分分离,得到容易酶解的碳水化合物组分,从而有利于实现生物质的全组分利用。     

SO2-4/Fe2O3-Al2O3-SiO2固体超强酸的制备及其催化水解蔗糖生成乙酰丙酸

通过共沉淀法制备了不同比例的SO2-4 /Fe2 O3-Al2 O3-SiO2固体超强酸,并将其用于蔗糖的催化水解制备乙酰丙酸.实验结果发现:焙烧时间和焙烧温度对比表面积的影响较大,焙烧时间越短,焙烧温度越低,比表面积就会更大;硫酸浸渍浓度和浸渍时间对催化剂的性质也有一定影响.将固体超强酸作催化剂用于蔗糖催化水解制乙酰丙酸,结果发现焙烧温度600℃、焙烧时间4h制备的催化剂的活性较高,乙酰丙酸的产率也较高,达到33.05%.