催化木糖制备 呋喃甲醛的研究

为了使呋喃甲醛的制备过程绿色化,以ZrOCl2为原料,利用沉淀-浸渍法初步制备了SO42-/ZrO2固体酸,并应用于催化木糖制备呋喃甲醛的反应。采用L9(34)正交试验确定了适宜的反应条件:木糖质量浓度10 g/L、催化剂用量20 g/L、反应温度220℃、反应时间3 h。之后采用单因素试验考察了催化剂制备条件对呋喃甲醛产率的影响。得到的催化剂最佳制备条件为:H2SO4浸渍浓度1.0 mol/L、焙烧温度550℃、焙烧时间5 h,呋喃甲醛产率达最大值47%。实验结果表明:SO42-/ZrO2固体酸在催化木糖制备呋喃甲醛方面,具有较大发展潜力。     

戊内酯/水体系中磷钨酸铝催化葡萄糖转化制备5-HMF

利用离子交换技术制备了催化剂磷钨酸铝(AlPW12O40),采用FT-IR、XRD、电位滴定和ICP技术对催化剂AlPW12O40进行了系统表征.在水热条件下,对AlPW12O40催化葡萄糖转化制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)进行了研究,考察了反应温度、时间、催化剂用量和溶剂配比对5-HMF得率的影响.研究结果表明:在...     

小麦秸秆加压液化制备乙酰丙酸乙酯

以小麦秸秆为原料,浓硫酸为催化剂,乙醇为溶剂进行液化实验,分析了液化产物的组成,考察了不同条件对目标产物乙酰丙酸乙酯(EL)得率及液化率的影响。结果表明:在浓硫酸用量10%、反应温度190℃、反应时间60 min,液固比为18∶1(g∶g)条件下,小麦秸秆的液化效果较好,液化率为75%,此时EL的得率为18.11%;经红外光谱分析可知秸秆在反应过程中发生降解;液体产物中包含醛、酮、酯、酚、酸类等多种含氧化合物,纤维素降解生成葡萄糖、葡萄糖苷、乙氧基甲基糠醛等中间产物,并最终转化为乙酰丙酸乙酯。     

Effect of pressure on organic acid production from Japanese beech treated in supercritical water

The effect of pressure as described by density was studied on organic acid production from Japanese beech (Fagus crenata) treated in supercritical water. At a reaction temperature of 380°C, the maximum yield of organic acids was 35% at a pressure of 30 MPa (density of water: 0.53 g/ml) for 1 min in a batch-type system. Furthermore, the yield of organic acids decreased with increasing reaction pressure. It was also found that fragmented products from sugars such as methylglyoxal and glycolaldehyde could be more easily converted to organic acids than dehydrated products such as furfural and 5-hydroxymethyl furfural. This result suggests that organic acids can be mainly derived from fragmented products. Part of this article was presented at the 55th Annual Meeting of the Japan Wood Research Society (2005), and at the 17th Annual Meeting of Japan Institute of Energy (2007)     

γ-戊内酯/水复合溶剂体系中金属硫酸盐催化半纤维素定向转化制备糠醛

以廉价金属硫酸盐为催化剂,在γ-戊内酯/水复合溶剂中催化半纤维素定向转化制备糠醛,糠醛得率高达50.2%,半纤维素液化转化率达95.5%。在γ-戊内酯/水复合溶剂中,以金属硫酸盐为催化剂进一步研究了直接催化木质纤维生物质原料玉米芯和竹粉定向转化制备糠醛,其中糠醛得率分别达39.5%、29.7%,木质纤维原料液化转化率分别达86.5%、80.5%。     

木聚糖CP-GC-MS法裂解行为研究

采用居里点裂解仪-气相色谱仪-质谱仪(CP-GC-MS)联用分析技术,以木聚糖作为半纤维素的模化物,研究了居裂解温度对木聚糖快速裂解产物组成及其含量的影响,并与纤维素居裂解行为进行了对比。结果表明,木聚糖居裂解过程可以分为两个区域:居裂解温度小于300℃时,木聚糖发生了剧烈的糖基断裂,生成了糠醛和糖类单体化合物,其中糠醛含量在280℃时达到了54.38%;居裂解温度大于300℃时,糠醛和糖类单体化合物等含量下降,小分子的醛酮类化合物种类和含量大幅度提高;纤维素与木聚糖居裂解行为存在明显差异,木聚糖居裂解温度明显低于纤维素;木聚糖裂解的主体产物是糠醛,而纤维素裂解的主体产物是葡聚糖。     

Saccharification of cellulose by dry pyrolysis

Pyrolysis of cellulose was studied for the purpose of practical production of 1,6-anhydro-β-D-glucopyranoside (levoglucosan, LG). To minimize secondary degradation of levoglucosan, two methods were examined: (1) conductive heating by glass bottle, and (2) radiation heating from the surface by CO₂ laser beam, both under vacuum and in a nitrogen atmosphere. Glass-bottle pyrolysis under vacuum gave levoglucosan yield of 50%–55% in the optimum temperature range of 350°–410°C, where placing the cold trap in the vicinity of heated area was effective in improving the yield. In contrast, glass-bottle pyrolysis under nitrogen gave low yields of 17%–20%, probably due to slower diffusion of pyrolysis product from hot region. The CO₂ laser pyrolysis under vacuum gave the product as aerosol (white smoke), causing difficulty in recovery of the product, and the maximum yield was 5%–17%. In this case the treatment under nitrogen flow was effective for recovery of aerosol, and the maximum yield reached approximately 25%.     

Ni/HZSM 5催化裂解光皮梾木油制备生物烃基燃料试验

光皮梾木(Cornus wisoniana)是一种优良的能源树种,适种面积广泛,其油脂成分主要包含油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸等。笔者以光皮梾木油为原料,采用等体积浸渍法自制Ni/HZSM 5固体催化剂进行催化裂解制备生物烃基燃料。分别考察了反应时间、反应温度和催化剂用量等因素对催化裂解反应的影响,得出最佳单因素工艺参数为反应时间60 min,反应温度440℃,催化剂用量为2.0%(质量分数),在该反应条件下液体产物产率高达79.53%;在单因素试验基础上进行响应面试验条件优化,探讨了各因素之间交互作用对产品转化率的影响,结果表明,各因素的一次项对转化率影响呈现显著水平,其中反应温度对转化率影响最为显著,最佳条件为反应时间59.1 min、反应温度443.7℃、催化剂用量2.3%(质量分数)。产品经气质联用仪(GC MS)分析可知,其主要组成成分为烷烃类、烯烃类、羧酸类、醛类和醇类物质。对所制烃基燃料经燃料性能测定,结果表明,产品接近石化燃料且具有良好的燃料性能,热值为42.720 kJ/g,密度和运动黏度等均达到0#柴油标准,值得进一步深入开展相关研究。     

Two-step hydrolysis of Japanese beech as treated by semi-flow hot-compressed water

A two-step hydrolysis of Japanese beech (Fagus crenata) was conducted by semi-flow treatment with hot-compressed water. The first treatment stage was conducted at 230°C/10 MPa for 15 min and the second at 270°C/10 MPa for 15 min. Hemicellulose and lignin were found to be hydrolyzed in the first stage, while crystalline cellulose was hydrolyzed in the second stage. The treatment solubilized 95.6% of the Japanese beech wood flour into water with 4.4% remaining as water-insoluble residue, which was composed mainly of lignin. Hydrolysis products from the first stage were xylose and xylo-oligosaccharides, glucuronic acid and acetic acid from O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan, and hydrolyzed monomeric guaiacyl and syringyl units and their dimeric condensed-type units from lignin. Products from the second hydrolysis stage were glucose and cello-oligosaccharides from cellulose. The dehydrated products levoglucosan, 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF), and furfural, as well as fragmented products glycolaldehyde, methylglyoxal, and erythrose, were recovered in the first stage from hemicellulose, and to a greater extent in the second stage from cellulose. Furthermore, organic acids such as glycolic, formic, acetic, and lactic acids were recovered in both stages. Based on these lines of evidence, decomposition pathways of O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan and cellulose are independently proposed.     

竹废料微波裂解的单因素实验研究

以微波裂解竹废料制备了一系列的生物油和竹炭,系统研究了竹废料裂解过程中的工艺参数包括原料含水率、原料粒径,微波输入功率和裂解温度,焦炭(催化剂)用量对裂解产物组成的影响。结果表明,当裂解功率为700 W,温度为550℃,焦炭用量为4%,并严格控制原料含水率在5%~8%时,生物油的得率最高,其值为44.91%,而竹炭及不可凝气体得率分别为23.21%和31.88%。竹废料微波裂解得到的生物油的成分复杂,应用前景相当广泛;竹炭也有一定的吸湿、吸附性能。因此,竹废料的微波裂解具有巨大的开发利用潜力。     

棕榈壳热解失重特性及动力学研究

采用热重-红外联用(TG-FTIR)、裂解-气相色谱/质谱联用(Py-GC/MS)技术和小型固定床装置,考察了棕榈壳的热解失重过程和产物特性,并进一步评价了热解半焦的气化反应性。结果表明:棕榈壳热解失重过程大致分为干燥(25~236℃,3.42%)、主失重(236~400℃,52.31%)和炭化(400~850℃,14.90%)3个阶段,1.5级或2级反应可以较好描述棕榈壳热解反应的主失重过程;升温速率10~30 K/min下,反应表观活化能为67.63~76.47 k J/mol;热解过程主要气体产物的释放量顺序分别为CO2、H2O、CH4和CO;600~850℃下,棕榈壳主要热解产物为液相产物,其质量产率36.8%~50.9%,能量产率41.3%~58.9%,主要组分包括苯酚、乙酸、十八烷酸、十六烷酸、4-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚等物质,其中苯酚GC含量较高(12.56%~15.49%),这可能主要与原料木质素的含量较高有关;固相产物的质量和能量产率分别为20.6%~26.7%和27.4%~35.0%,其CO2气化反应性相对低于稻秆、木粉等常见生物质。     

锯木屑蒸汽爆破预处理制备糠醛的研究

以锯木屑为原料,采用蒸汽爆破进行预处理,然后酸催化提取糠醛。探讨了预处理温度、爆破压力、预处理时间及液料比等因素对糠醛得率的影响。采用响应面法建立二次回归模型,并对预处理工艺进行了优化。研究结果表明:预处理能有效的促进锯木屑的降解,提高糠醛的得率。在预处理温度为216℃、爆破压力1.8 MPa、预处理时间6 min、液料比3∶1(mL∶g)时,糠醛的得率(79.13%)比相同条件下未进行蒸汽爆破预处理的试样(55.35%)提高了23.78个百分点。     

磷钨酸季铵盐催化H_2O_2氧化枞酸的研究

研究松香的主要成分枞酸在磷钨酸季铵盐[π-C5H5N(CH2)15CH3]3PW12O40/H2O2催化反应体系中的氧化反应,考察催化剂用量、H2O2用量和反应温度对枞酸氧化转化率的影响,并通过紫外光谱、红外光谱以及气质联用谱对氧化产物进行结构表征。结果表明,在温和条件下,磷钨酸季铵盐能较好地催化过氧化氢对枞酸的氧化反应,枞酸的共轭双键已被破坏,枞酸氧化产物主要为脱氢枞酸、7-羟基-脱氢枞酸和7-羰基-脱氢枞酸;在本实验最佳的反应条件(枞酸5 mmol,催化剂0.084 g,30%H2O20.9 mL,温度30℃,反应时间5 h)下,枞酸的氧化转化率大于95%。     

乙酸乙酯混合溶剂精制塔拉单宁工艺研究

用乙酸乙酯萃取精制粗塔拉单宁,粗单宁、水、乙酸乙酯之比1∶1.5∶4(g∶mL∶mL),60℃下萃取30 min,其单宁得率为40.2%,单宁纯度80.4%,得率与纯度均偏低。用乙酸乙酯二次萃取其残留水相得率也偏低。对粗制的塔拉单宁用乙酸乙酯与S溶剂(体积比4∶1)混合溶剂进行精制,其最佳工艺条件是:料液比为m(粗单宁)∶V(水)∶V(混合溶剂)1∶1.5∶5(g∶mL∶mL),萃取温度60℃,萃取时间30 min。在该工艺条件下产品得率68.2%,单宁纯度86.0%,单宁提取率87.7%,得率和纯度都有提高。     

木质纤维生物质的电化学催化研究进展

电催化是一种可以将电能转化为化学能的清洁、高效转化技术。在生物质精炼的各种策略中,电催化主要通过电子从电极表面转移到反应底物,在阳极和阴极分别发生氧化和还原反应,将生物质衍生物转化为高附加值的产品。总结了几种代表性的木质纤维生物质衍生物,如糠醛、5-羟甲基糠醛(HMF)、木质素及其衍生物等,通过电催化反应转化为高附加值化学品的最新进展。其中,在生物质衍生物的电还原反应中,糠醛的电还原产物主要是糠醇和2-甲基呋喃,HMF的电还原产物主要包括2,5二甲基呋喃和2,5-二羟甲基四氢呋喃等;酚类化合物通过加氢脱氧可还原为高碳氧比、稳定的芳香烃类化学品;在生物质衍生物的电氧化反应中,糠酸是糠醛主要的电氧化产物,HMF主要的电氧化产物是为2,5-呋喃二羧酸;木质素可以通过电催化氧化转化为香兰素、愈创木酚等。讨论了电催化过程中的催化剂和反应参数(如电极电位、pH等)对生物质衍生物电催化效率的影响以及相应的反应机理,并对电催化应用于生物质高值化利用领域的发展趋势进行了展望。     

糠醛连续精制新流程的研究

本文为糠醛连续精制技术的系列报告之一。本研究所采用的流程系在原研究基础上提出的新流程,具有第二代连续精制流程的性质。研究属中间试验性质,在生产规模下进行;研究的主要目的是为了对新流程的可行性及有关技术经济指标进行测定及论证。新流程的主要特点是:①从脱水塔顶馏份水层脱去低沸点杂质并回收糠醛;②连续回收精制塔釜液所含糠醛;③从中和前粗醛水层中回收糠醛;④利用玉米芯为原料生产糠醛时精制塔精馏过程可以省略。测试结果表明新流程在技术上是可行的,较原流程可节约设备投资20.0％及金属材料11.9％。产品质量符合工业糠醛国家标准GB 1926-80所规定的优级品指标。     

杏壳半纤维素的结构表征与热解产物特性

【目的】研究杏壳半纤维素的结构组成、微观形貌以及其热解特性和产物生成规律,为杏壳热化学利用提供理论基础。【方法】采用碱抽提和乙醇纯化方式分离杏壳半纤维素,基于红外光谱、核磁共振、扫描电子显微镜对其结构组成和微观形貌进行表征,利用热重分析、热重红外连用分析杏壳半纤维素的热解特性。【结果】从杏壳中分离出半纤维素的得率为29.44%,红外光谱特征吸收峰主要集中在1 620～600 cm^-1范围内,半纤维素成分以吡喃环结构的木糖为主。核磁共振图谱表明,杏壳半纤维素是以β-D-吡喃木糖形成的木聚糖为主链,在木糖基的C-2位连接4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸,C-3位连有α-L-呋喃阿拉伯糖。扫描电子显微镜分析显示,半纤维素存在团聚现象,微观形态呈堆砌状的近似球形结构,半纤维素结构有一定的破坏。杏壳半纤维素的主要热解温度范围为210～380℃,在240℃出现一个肩状峰,在308℃出现最大失重尖峰,失重过程在600℃左右结束,800℃时热解残炭量为25.33%。杏壳半纤维素热解时各产物析出量在310℃时达到最高,小分子气体产物主要有CO_2、CO、CH_4,且CO_2和CO量远高于CH_4。【结论】杏壳半纤维素得率为29.44%,是以β-D-吡喃木糖形成的木聚糖为主链,呈堆砌状的近似球形结构,热解产物以CO_2、CO及乙酸、糠醛、丙酮等为主。     

马来海松酸锌的合成及表征

以马来海松酸酐和醋酸锌为原料,在无水乙醇溶液中反应成功合成了马来海松酸锌.研究了反应条件对产物的影响;采用络合滴定法测定了产物中锌的含量;采用傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDAX)和X射线衍射(XRD)等对产物进行了分析和表征.结果表明:醋酸锌和马来海松酸物质的量比为3∶1,反应温度为328 K,反应时间为5h反应得到高纯度的马来海松酸锌,产率可达94％以上.利用该方法制得的马来海松酸锌属于大分子化合物,产物中的—COO -与Zn2+发生了化学键合.     

水溶性钯-膦配合物催化松香加氢反应的研究

制备并表征了具有温控功能的膦配体脂肪醇聚氧乙烯醚亚磷酸邻苯二酚酯(FAPEPP),将其与钯的配合物用于催化松香加氢反应的研究,考察了反应时间、反应温度、氢气压力、催化剂用量等因素对反应的影响.在松香5g、m(松香): m(甲苯): m(水)1: 2: 2、氯化钯0.090%、n(氯化钯): n(膦配体)1: 10、氢气压力5MPa,反应温度160℃,反应时间3h的较佳工艺条件下,产物氢化松香中枞酸的质量分数小于1%,去氢枞酸的质量分数5.6%,符合GB/T 14020-2006国家标准;并对催化剂的重复使用性能进行了考察,催化剂相不经过处理直接重复使用5次后,产品氢化松香仍然符合国家标准中关于枞酸和去氢枞酸的指标要求.