水熱條件下SO42--MxOy型固體超強酸催化降解纖維素的研究.pdf

1、　　本文采用沉淀-浸漬法制備SO42-/MxOy型固體超強酸,在水熱環(huán)境中催化降解纖維素。通過纖維素降解率的比較,發(fā)現(xiàn)SO42-/SnO2、SO42-/TiO2和SO42-/ZrO2三種固體超強酸催化效果要優(yōu)于 SO42-/Fe2O3和 SO42-/Al2O3固體超強酸。用紅外光譜儀對纖維素和降解后固體殘渣化學變化進行對比分析,研究發(fā)現(xiàn)降解后的固體殘渣沒有新的官能團生成,仍為纖維素。以銅乙二胺溶液(CED)粘度法并結合 Martin 公

2、式和 Mark 方程計算出降解反應后固體殘渣的聚合度為100左右。
　　纖維素降解液經(jīng)過萃取,蒸餾,薄層析,柱層析分離,HPLC分析,1H-NMR和 13C-NMR表征,結果表明纖維素主要被降解為可溶性纖維低聚糖,葡萄糖和5-羥甲基糠醛(HMF)。通過考察反應溫度、催化劑類型、催化劑用量和反應時間對產(chǎn)物產(chǎn)率的影響,發(fā)現(xiàn)在50mL蒸餾水中,4g棉纖維,0.4g SO42-/SnO2固體超強酸催化劑,190℃下反應3.5h,可溶性

3、糖產(chǎn)率最高達到47.3%,其選擇性為92.8%；在50mL蒸餾水中,4g棉纖維,0.2g SO42-/SnO2固體超強酸催化劑,190℃下反應4h,5-羥甲基糠醛產(chǎn)率最高達到11%,其選擇性為22%,同時葡萄糖產(chǎn)率為26.8%,選擇性為59.7%。 SO42-/SnO2固體超強酸較佳的制備條件為：硫酸浸漬濃度 2mol/L,隨后 550℃下煅燒 4h。此外,還考察了固體酸的回收利用,發(fā)現(xiàn)SO42-/SnO2固體超強酸經(jīng)過三次循環(huán)使用后,

4、與原料氧化錫的催化效能相當,重新用2mol/L硫酸浸漬并在550℃下煅燒3h后,其催化效能與新制備的固體超強酸相當。
　　通過考察反應條件對 HMF產(chǎn)率的影響,提出水熱條件下 SO42-/SnO2固體超強酸催化降解纖維素的機理：水熱條件下產(chǎn)生的H+與固體超強酸共同作用,纖維素β-1,4-糖苷鍵斷裂生成可溶性低聚糖和單糖,固體超強酸表面的L酸活性位催化低聚糖繼續(xù)解聚,同時促使葡萄糖互變異構生成果糖；固體超強酸表面的B酸活性位催化