混晶型多孔二氧化钛光催化氧化纤维素酶解液产氢的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mengyan902
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目前纤维素生物质的资源化利用是世界范围内的难题,光催化纤维素制氢是一种环境友好型的资源化利用技术,但由于纤维素的刚性结构糖苷键和氢键的存在使得纤维素难以被高效地用作光解水产氢的电子牺牲剂,本研究尝试利用酶催化技术对纤维素的刚性结构进行破坏,然后将酶解所得的纤维素解聚溶液用作光催化分解水产氢的电子牺牲剂,提高光催化分解水的产氢活性。以钛酸四丁酯为原料,利用无模板法制备了碳掺杂的多孔二氧化钛光催化剂,并通过一系列表征手段考察了煅烧温度对其微观形貌、晶相结构和光学性能的影响。表征结果表明:多孔二氧化钛是锐钛矿相与板钛矿相混晶形成的二氧化钛,富含介孔和微孔,煅烧温度对材料的孔隙结构和碳掺杂含量具有显著的影响。碳掺杂后的多孔二氧化钛的吸光能力变强,禁带宽度变小。煅烧温度为200℃制得的多孔二氧化钛具有最高的光催化氧化葡萄糖溶液产氢活性。采用酶催化技术解聚纤维素。通过探究酶解温度、酶解p H、酶种类、纤维素投加量和金属离子对纤维素酶活性的影响,优化了纤维素酶催化体系的反应参数,最适参数为:纤维素酶(载体为糊精)与纤维素投加量的质量比为1:3.5,激活剂为10 mmol/L的Mg SO4,酶解温度为50℃,酶解p H为4.5。纤维素酶具有良好的稳定性,经过五次酶解试验后,纤维素水解为葡萄糖的转化率能达到72.8%。该纤维素酶催化体系对农作物废弃秸秆具有一定的解聚效果,其中对青竹粉的酶解效果最优,木质纤维素水解为葡萄糖的转化率可达16.9%。采用光催化技术氧化纤维素解聚溶液产氢。通过探究助催化剂、溶液p H和光照强度对多孔二氧化钛光催化产氢活性的影响,优化了光催化产氢体系的反应参数,最适参数为:以纤维素酶催化体系得到的纤维素解聚溶液为牺牲剂,光催化剂为0.5 g/L的Meso-Ti O2-200,铂助催化剂投加量为光催化剂的1 wt%,溶液p H为7,光照强度为0.6 W/cm~2。多孔二氧化钛光催化剂具有良好的稳定性,经过五次产氢试验后,产氢效果能达到首次光催化产氢效果的78%。该光催化产氢体系能利用酶解后的农业废弃秸秆进行氧化产氢,其中光催化青竹粉解聚溶液产氢的效果最优。
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