電化學(xué)氧化降解纖維素的研究.pdf

1、面對人類資源和能源嚴(yán)峻的危機，高值化利用可再生的生物質(zhì)替代或減少依賴不可再生化石能源，生產(chǎn)出可滿足人類所需的材料，對于改善我們的生存環(huán)境質(zhì)量意義重大。本研究的目的是將生物質(zhì)纖維素降解成葡萄糖等可溶性小分子糖類或有機物。纖維素是植物殘體中最豐富的成分，是由葡萄糖單元規(guī)則有序排列而成的大分子，但是由于結(jié)構(gòu)中存在大量氫鍵，導(dǎo)致纖維素不溶于水，也難以發(fā)生反應(yīng)降解。本論文提出通過電化學(xué)氧化法使纖維素的羥基氧化成羧基或?qū)崿F(xiàn)化學(xué)鍵斷裂而解聚的研究思想

2、，以微晶纖維素(MCC)為研究對象，考察了其在三種電解體系中的降解效果，主要研究內(nèi)容如下:
　　1.針對纖維素降解產(chǎn)物的復(fù)雜性，建立了用于評價纖維素降解效果的稱重法、COD法和還原糖法三種指標(biāo)體系，探討了各自優(yōu)缺點及適用范圍:稱重法最直觀，其中包含了尚未完全解聚但可懸浮于水的納米纖維素;還原糖法直接測定還原糖，不能表達(dá)降解的整體情況;COD法結(jié)果不僅包括降解的小分子產(chǎn)物，還包含了納米纖維素上引入的還原性官能團(tuán)。需依據(jù)具體反應(yīng)體系選

3、擇合適的評價降解率評價指標(biāo)。
　　2.建立了兩種電解體系:一是在以石墨板為陽極、泡沫鎳為陰極的電解體系中電解纖維素;二是在以RuO2/Ti電極為陽極、石墨氈電極為陰極的電解體系中，利用氧氣在陰極的電化學(xué)還原在線產(chǎn)生的·OH氧化輔以陽極直接氧化的協(xié)同作用降解纖維素。兩種電化學(xué)體系降解纖維素的效率，以稱重法評價在15％左右，以COD法評價在55-65％之間，表明這種降解體系主要作用于微晶顆粒表面的官能團(tuán)，并未實現(xiàn)有效降解。
　　

4、3.建立了以TEMPO為媒介的電化學(xué)降解纖維素體系，采用電化學(xué)循環(huán)再生TEMPO方式，實現(xiàn)了無需外加試劑的電化學(xué)選擇性氧化，經(jīng)過48小時的連續(xù)電解，纖維素中約三分之一的葡萄糖單元中C6上羥基被選擇性氧化為羧基;這種氧化預(yù)處理顯著提高了纖維素水解效果，優(yōu)化條件下降解達(dá)到81.73％（稱重法），表明纖維素微晶顆粒得到了大幅度的降解。
　　總之，本文探究了以三種不同電化學(xué)方式氧化降解纖維素的方法，不需添加化學(xué)氧化劑，具有清潔節(jié)能高效簡便