【摘 要】
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木质纤维素资源可再生、储量丰富,由于其结构复杂,所以需要通过生物炼制方法有效利用现有的自然资源。近年来,生物质来源的重要平台化合物乙酰丙酸(levulinic acid,LA)和木质素的资源化利用受到了广泛关注。本研究采用高效的预处理方法将木质纤维素进行组分分离,利用乙酰丙酸合成多元醇酯应用于储能领域,利用木质素制备微纳米胶囊材料,从而实现全资源化利用。具体研究内容及结果如下:首先,采用低共熔溶剂
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木质纤维素资源可再生、储量丰富,由于其结构复杂,所以需要通过生物炼制方法有效利用现有的自然资源。近年来,生物质来源的重要平台化合物乙酰丙酸(levulinic acid,LA)和木质素的资源化利用受到了广泛关注。本研究采用高效的预处理方法将木质纤维素进行组分分离,利用乙酰丙酸合成多元醇酯应用于储能领域,利用木质素制备微纳米胶囊材料,从而实现全资源化利用。具体研究内容及结果如下:首先,采用低共熔溶剂(deep eutectic solvent,DES)对木质纤维素进行预处理,探究不同预处理条件下的木质纤维素分离效果,并对预处理后的固形物进行酶解,同时,对得到的木质素分子量及化学结构进行表征。最佳预处理条件下,回收固形物中纤维素保留率为81.42%,酶解后糖转化率可达73.31%。木质素的提取率为78.02%,纯度可达88.35%,且得到的木质素多数为GS型木质素,分子量分布范围窄(PDI 1.82),分子量低(Mw,3453 g/mol),酚羟基含量较高(3.68 mmol/g)。其次,以木质纤维素基乙酰丙酸和1,4-丁二醇为原料,通过生物酶催化方式制备1,4-丁二醇乙酰丙酸酯(1,4-butanediol levulinic acid poloy ester,LBE),并对其热性能进行表征。在无溶剂体系下,LA与1,4-丁二醇经Novozym435催化得到进行酯化反应成功制备了LBE。经酶催化反应条件优化后,合成的LBE的产率最高可达91.89%,熔融温度在为50.51℃,熔融潜热可达156.1 J/g,导热系数优于传统石蜡且热稳定性较好。LBE可作为一种新型相变储能材料,具有一定的应用潜力。最后,以DES预处理获得的木质素和酶法合成的新型相变储能材料-LBE为原料,通过自组装法成功制备出一种新型木质素复合微纳米胶囊,对胶囊粒径、形貌以及潜热性能进行研究。结果表明,木质素复合微纳米胶囊呈现良好的核壳结构形貌,且粒径在700 nm左右时性能最佳,其熔融温度在64.76℃,熔融潜热可达108.65 J/g,热稳定性及储存稳定性优异,对相变材料的易储存、防泄露等方面起到良好作用。
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