木質(zhì)纖維素制備生物質(zhì)能源與生物基化學品的研究.pdf

1、本論文以木質(zhì)纖維素的高值利用為目標，選擇小分子單糖、玉米芯和中藥渣為研究對象，將生物法與化學法結(jié)合，確定關(guān)鍵轉(zhuǎn)化途徑，構(gòu)建相關(guān)生物質(zhì)能源與生物基化學品的轉(zhuǎn)化工藝，并對其生物煉制過程中涉及的核心技術(shù)和理論問題進行較系統(tǒng)研究。
　　（1）雙相體系中甲酸催化果糖制備5-羥甲基糠醛（HMF）的研究：提出了以副產(chǎn)物甲酸為催化劑催化果糖制備HMF，以水/正丁醇為反應(yīng)體系，考察了不同因素對果糖轉(zhuǎn)化率和HMF收率的影響，最佳HMF收率為69.2％

2、；有機弱酸甲酸作為反應(yīng)副產(chǎn)物之一，可減少酸性催化劑對設(shè)備的腐蝕，降低下游產(chǎn)品的分離成本，提高了該體系的工業(yè)應(yīng)用價值。
　?。?）雙相體系中鹽酸催化果糖制備HMF的過程強化研究：提出了攪拌速率對水/正丁醇體系中果糖制備 HMF的影響機制，經(jīng)優(yōu)化得到 HMF最佳收率81.7%；由動力學分析可知，相同鹽酸濃度條件下，較低的反應(yīng)速率常數(shù)更有利于HMF的生成；采用高濃果糖補料方法，實現(xiàn)了提高 HMF收率和降低副產(chǎn)物收率的雙重目標，保證了果糖

3、制備HMF過程的連續(xù)性和穩(wěn)定性，最佳 HMF收率為83.3%。
　?。?）含Sn陶瓷催化劑/無機酸催化葡萄糖制備HMF的研究：設(shè)計新型含Sn4+陶瓷催化劑，組合鹽酸共催化葡萄糖制得 HMF；考察了不同因素對制備 HMF過程的影響，最佳HMF收率為63.9%；含S n陶瓷催化劑合成時間短，僅為1~2天，重復使用5次后, HMF收率仍保持在53.7%以上；通過選取淀粉、蔗糖等不同原料進行實驗，拓寬了該催化體系的適用范圍。
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4、4）Cr2O3納米顆粒負載的陶瓷催化劑/無機酸催化葡萄糖制備HMF的研究：合成了Cr2O3納米顆粒，并負載于陶瓷催化劑上；組合稀硫酸共催化葡萄糖制得HMF，考察了多種因素對制備HMF過程的影響，最佳HMF收率為63.2%；該催化體系可催化淀粉、蔗糖等糖類化合物制備 HMF，但對纖維素和纖維二糖催化效率較低；與（3）中催化劑相比，以陶瓷表面負載活性金屬元素的策略替代陶瓷與活性金屬共混、焙燒的方法，將活性位點充分暴露，在保有高催化活性的同時

5、，可將催化劑表面有毒活性金屬含量由0.94%降至0.11%，并將最優(yōu)反應(yīng)時間由4h縮短至1 h30min。
　　（5）構(gòu)建玉米芯全組分轉(zhuǎn)化利用同時制備多種生物基化學品的工藝：通過對玉米芯進行稀硫酸/氨水耦合預處理，獲得堿木質(zhì)素、半纖維素水解液與纖維素；由半纖維素水解糖制備糠醛，糠醛收率（基于半纖維素水解液中的木糖含量計算）可達79.1%；由纖維素酶解液制備HMF，考察了不同酸濃度對含緩沖鹽體系反應(yīng)的影響情況，HMF收率（基于酶解液