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硅铝固体酸催化木质素转化为芳香化合物

吴青云  
【摘要】:生物质是生产燃料、大宗化学品和能源的重要可再生原料。在目前的生物质转化和理论研究中,纤维素、半纤维素常常能够得到有效地转化和利用,然而木质素由于其结构致密性质稳定很难转化;同时,全世界每年产生的工业木质素约有2000万吨。这些被废弃的木质素可以作为生产芳香化合物原料。因此,木质素解聚研究对生物质的全组分利用具有重要的意义。在本文的工作中,我们使用了一系列的硅铝固体酸(SiO2-Al2O3, HY, Hβ和HZSM-5)为催化剂,解聚木质素制备芳香烃及苯酚类化合物。研究了催化剂结构、酸性、孔尺寸对其解聚木质素效率及产物分布的影响。结果表明催化剂的酸性、孔径、孔容等因素均会对木质素解聚造成影响。以比较面积和酸强度适中、孔径较大的SiO2-Al2O3催化解聚木质素效果最优。气相色谱质谱的检测结果显示,苯酚类单体是液体产物中最主要的酚类单体产物。以SiO2-AlO3为催化剂、乙醇为溶剂、280℃反应温度下反应4小时,单酚类化合物的产率为12.91%、芳香烃的产率为2.41%。傅里叶红外光谱和核磁共振氢谱的表征也表明在催化反应过程中伴随着脱氧反应和烷基化反应。同时还对SiO2-Al2O3解聚其他工业木质素(碱木质素,去碱木质素,木质素磺酸钠)进行了研究,讨论它们结构对解聚反应的影响。然而,在工业木质素的解聚中SiO2-Al2O3的催化活性还不够,所以制备了一系列的Ni负载在SiO2-Al2O3上的Ni/SiO2-Al2O3催化剂。并考察了Ni负载量、反应温度、催化剂用量等参数对解聚效果及产物分布的影响。结果表明,使用0.1g 15%Ni/SiO2-Al2O3为催化剂、在300℃的乙醇溶剂中反应8小时时,芳香烃的收率为9.1%,酚类化合物的收率为17.54%。通过对原料和产物进行红外、核磁等表征,我们进一步研究了催化前后木质素结构的变化。同时,我们利用Ni/SiO2-Al2O3为催化剂,对生物质水解残渣类木质素进行初步探讨,芳香烃的收率为2.01%,酚类化合物的收率为3.10%。本论文的研究为木质素的解聚提供了一定的思路,为固体酸催化剂应用在木质素解聚过程提供了一定的数据基础。


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