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文檔簡介
1、生物質(zhì)資源是地球上最豐富的可再生資源,開發(fā)利用生物質(zhì)能源等可再生的清潔能源資源,對于防止全球變暖、促進循環(huán)型社會的建立、帶動新興能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有極為重要的戰(zhàn)略意義。我國是世界上竹類資源最豐富的國家,竹類植物生長迅速,生物量大,再生能力強,以竹子為生物質(zhì)原料進行能源化利用,可為生物能源產(chǎn)業(yè)提供新的原料,也為竹業(yè)的發(fā)展開拓新途徑和增長點。
本課題以竹子為生物質(zhì)原料,研究了離子液體中金屬離子在稀鹽酸水解竹粉過程中的助催化作用。同時
2、結(jié)合固體酸和金屬離子的催化特性,設計合成了新型的固載金屬離子的殼聚糖基固體酸催化劑,并研究了其在離子液體中催化竹粉水解的效果。
具體研究結(jié)果如下:
1.離子液體中金屬離子助催化稀鹽酸水解竹粉
1)本課題共考察了Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cu2+和Fe3+六種金屬離子的助催化效果。實驗結(jié)果表明,在離子液體中,金屬離子能顯著增強稀酸催化竹粉水解的效果。在研究的六種金屬離子中,Cu2+在加速水解過程,提高
3、還原糖產(chǎn)率方面表現(xiàn)出最優(yōu)的助催化性能。此外,過渡金屬離子的助催化作用要明顯優(yōu)于堿金屬離子和堿土金屬離子,而堿土金屬離子的助催化性又強于堿金屬離子。
2)本課題考察了五種稀鹽酸濃度(0.05-0.91%)在金屬離子助催化過程中對水解效果的影響。實驗結(jié)果表明,隨著 HCl濃度的增加,還原糖產(chǎn)率和水解速率均先增加后減少。在4 g1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽,0.2 g竹粉和0.13%(w/w) Cu2+體系中,濃度為0.45%(w/w
4、)的HCl表現(xiàn)出最好的催化效果。在100°C,20 RPM條件下反應4 h,還原糖產(chǎn)率為69.0%,水解速率為5.85 g·L-1·h-1,還原糖產(chǎn)率較未添加金屬離子時增加了19%。
3)本課題考察了五種 Cu2+濃度(0.02-0.32%)對水解效果的影響。隨著金屬離子濃度的增加,還原糖產(chǎn)率和水解速率均先增加后減少。在4g1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽,0.2 g竹粉和0.45%(w/w)的HCl體系中,濃度為0.23%(w/w
5、) Cu2+表現(xiàn)出最好的助催化效果。在100°C,20 RPM條件下反應4 h,還原糖產(chǎn)率為72.9%,水解速率為6.19 g·L-1·h-1,還原糖產(chǎn)率較未添加金屬離子時增加了22.9%。
4)研究了金屬離子助催化稀鹽酸水解竹粉的機理。XRD分析表明金屬離子有效地破壞了結(jié)晶纖維素的晶體結(jié)構(gòu)。FTIR分析表明金屬離子有效地脫除了木質(zhì)素并將結(jié)晶纖維素轉(zhuǎn)化為無定型纖維素。SEM分析表明金屬離子有效地打斷了竹粉的立體網(wǎng)狀結(jié)果,使更多
6、的纖維素暴露出來。
2.離子液體中殼聚糖基固體酸催化劑催化竹粉水解
合成了負載銅離子型磺化交聯(lián)殼聚糖催化劑(Cu2+-SCCR),并研究了它的催化性能。Cu2+-SCCR固體酸催化劑在離子液體中對竹粉的水解表現(xiàn)出優(yōu)越的催化性能。在4 g1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽中,0.05 g竹粉在1 g Cu2+-SCCR催化劑的催化作用下,在120℃,20 RPM條件下反應24 h,還原糖產(chǎn)率為76.4%,還原糖產(chǎn)率較未添加催化
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