生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化制備芳烴化合物的研究.pdf

1、生物質(zhì)資源的開發(fā)和利用受到世界各國(guó)的重視。面對(duì)化石能源的逐漸減少，環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，用生物質(zhì)資源部分替代目前化石資源勢(shì)在必行。生物質(zhì)是一種有機(jī)碳構(gòu)成的植物能源，生物質(zhì)也是目前唯一一種能夠轉(zhuǎn)化制備液體燃料的可再生資源。生物質(zhì)資源具有可持續(xù)性，同時(shí)也是一種綠色的資源。生物質(zhì)來源于植物吸收二氧化碳進(jìn)行光合作用，因此生物質(zhì)燃料的使用實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的零排放，能夠有效地緩解地球上由于化石能源使用所帶來的日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。
　　生物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)

2、雜，生物質(zhì)制備的化學(xué)品和能源分子的結(jié)構(gòu)具有多樣性。以生物質(zhì)為原料制備大宗化學(xué)品和能源分子具有廣泛的應(yīng)用前景。芳烴化合物，特別是苯，甲苯和二甲苯是目前應(yīng)用非常廣泛的大宗化學(xué)品，也被稱為一級(jí)基本有機(jī)化工原料。同時(shí)芳烴化合物也可以作為汽油添加劑，能夠很好的提高汽油辛烷值。因此，基于生物質(zhì)為原料的芳烴化學(xué)品和能源分子的制備是為生物質(zhì)資源的有效開發(fā)利用開辟了一條新的路徑，對(duì)于生物質(zhì)的綜合利用，以及后續(xù)的研究開發(fā)都有促進(jìn)作用。生物質(zhì)資源的有效利用降

3、低了化石能源在使用過程中對(duì)環(huán)境和生態(tài)帶來的破壞，對(duì)于改善生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。
　　我們重點(diǎn)發(fā)展各種轉(zhuǎn)化方法，實(shí)現(xiàn)由生物質(zhì)到芳烴化合物的轉(zhuǎn)化。主要研究目標(biāo)是以生物質(zhì)為原料的芳烴化合物制備。研究的內(nèi)容包括如何催化轉(zhuǎn)化綠色可再生的生物質(zhì)資源，如:木質(zhì)素，生物質(zhì)平臺(tái)化合物5-羥甲基糠醛和γ-戊內(nèi)酯為原料制備芳烴。最終實(shí)現(xiàn)以來源于生物質(zhì)的原料制備苯、甲苯和二甲苯等芳烴化合物。
　　第一章.主要是對(duì)生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，目前生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用

4、進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。通過對(duì)生物質(zhì)中水相煉制，包括生物質(zhì)平臺(tái)化合物5-羥甲基糠醛和γ-戊內(nèi)酯的研究進(jìn)展，木質(zhì)素的氧化和氫化解聚方法的介紹，以及我們了解的目前生物質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)化的研究發(fā)展歷程。熱化學(xué)轉(zhuǎn)化也是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要的方法，我們簡(jiǎn)述了生物質(zhì)熱解制備生物油，生物油的提質(zhì)，重點(diǎn)介紹了催化熱解在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中應(yīng)用。最后，介紹了大宗化學(xué)品苯，甲苯和二甲苯的制備和應(yīng)用，以及目前基于生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為芳烴化合物的研究。
　　第二章.木質(zhì)素是由大量芳環(huán)組

5、成大分子化合物，通過木質(zhì)素的解聚能夠有效地獲得芳烴化合物。我們采用催化氧化的方法解聚木質(zhì)素，通過對(duì)溫度，溶劑，氧化劑和催化劑的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素的解聚，獲得了大量的芳香醛和酸類化合物。
　　第三章.我們采用催化熱解的方法解聚木質(zhì)素獲得芳烴化合物。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)催化劑的加入具有良好的脫氧效果，在無催化劑條件下獲得的主要是酚類（酚類的選擇性超過90％）化合物，而催化劑加入后主要獲得芳烴化合物(選擇性超過87％)，特別是甲苯的含量有顯著提高。催

6、化熱解木質(zhì)素是有效制備芳環(huán)類化合物的方法。
　　第四章.γ-戊內(nèi)酯作為生物質(zhì)中纖維素和半纖維素水解后的乙酰丙酸加氫產(chǎn)生的平臺(tái)化合物，性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。但是其與水能夠完全的互溶，并且只是C5的含氧化合物，熱值較低。因此轉(zhuǎn)化γ-戊內(nèi)酯到高熱值的燃料的研究較多，我們通過催化熱解的方法能有效的將γ-戊內(nèi)酯轉(zhuǎn)化為芳烴化合物。此方法不僅降低了氧含量，同時(shí)達(dá)到了增長(zhǎng)碳鏈，提高熱值的目的。
　　第五章.基于纖維素來源的化合物5-羥甲基糠醛為原料

7、制備芳烴化合物。5-羥甲基糠醛是果糖在酸性條件下脫水獲得的平臺(tái)化合物。但是由于其高含氧量，熱值低，穩(wěn)定性差等缺陷，作為汽油添加劑不合適。將5-羥甲基糠醛有效地轉(zhuǎn)化為芳烴化合物，達(dá)到了脫氧，提高熱值和穩(wěn)定性的作用。其中芳烴產(chǎn)物中甲苯的選擇性42.7％。
　　第六章.總結(jié)與展望。
　　本文的主要工作是以生物質(zhì)中的木質(zhì)素，生物質(zhì)平臺(tái)化合物5-羥甲基糠醛和γ-戊內(nèi)酯為原料，通過催化熱解的方法制備芳烴化合物。我們成功實(shí)現(xiàn)了由生物質(zhì)到大