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碱纤维素催化加氢制C2~C3多元醇的研究

刘名瑞  
【摘要】:纤维素是自然界中广泛存在的生物质资源,将纤维素催化转化制备能源化学品或大宗化学品是对生物质资源利用的重要途径之一。本论文从利用碱预处理纤维素方法实现强化纤维素催化加氢制备C2~C3多元醇的研究。 研究了碱纤维素的制备条件,考察了碱浓度、预处理时间、纤维素处理量等影响因素。TEM和XRD表征结果表明纤维素在通过碱处理后,结晶度和聚合度发生了不同程度的降低,在纤维素表面出现无定形区域,提高了纤维素的可及度;且得到的碱纤维素结构中吸附了NaOH晶体,而碱的吸附量是随着碱处理是NaOH浓度的增加而增加。碱纤维素催化加氢反应结果表明适宜的碱处理条件为:4wt%NaOH溶液中常温处理5wt%纤维素2h,对优化条件下得到的碱纤维素进行催化加氢反应,以Ru/C为催化剂,在433K下反应5h,转化率为59.23%,主产物为1,2-丙二醇和乙二醇,根据不同反应条件下的产物分布,提出了相应的反应机理。 以离子液体为保护剂和分散剂,NaBH4为还原剂,制备了离子液体稳定的Ru纳米粒子。采用TEM、XRD、TGA和FTIR进行表征,TEM结果表明Ru纳米粒子形貌为球形,粒径均匀分布,平均粒径均小于5nm;XRD结果表明在该还原体系下可得到六方紧密堆积结构的单质Ru,且没有氧化物生成;TGA结果表明Ru纳米粒子在220℃以下具有热稳定性;FTIR结果表明离子液体以物理吸附的形式包覆在金属纳米粒子的表面,防止Ru纳米粒子的氧化和团聚。离子液体[Bmim]PF6和[Bmim]BF4稳定的Ru纳米粒子具有较小的粒径和较好的分散性,而采用离子液体[Bmim]Cl和[HO-emim]Cl时,可以得到小于5nm的Ru纳米粒子,但分散性较差。 以离子液体稳定的Ru纳米粒子催化碱纤维素水解加氢转化反应,考察了反应温度、反应时间、催化剂用量等因素的影响。结果表明:以Ru/[Bmim]BF4为催化剂,在433K下反应5h,转化率为63.78%,对丙三醇、1,2-丙二醇和乙二醇的选择性分别达到了18.37%,22.55%和17.99%。


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