论文部分内容阅读
木质素是植物细胞壁的重要组成成分,其储量仅次于纤维素,是自然界中含有丰富芳香单体的可再生生物资源。全球每年木质素产量高达500亿吨,但因其结构的稳定性和复杂性,远远没有达到规模化应用,大部分木质素以发热、发电等低附加值方式处理或被随意排放,造成资源浪费。通过催化解聚的方式从木质素中获得芳香基化合物是实现木质素资源化和高值化利用的有效途径之一。木质素定向解聚的方法主要有微生物降解、氧化降解、酸碱催化降解和还原降解等。由于稀土元素具有的独特的电子跃迁特性,在催化反应中表现出很强的转移电子的能力,近年来在木质素的催化氧化研究中也受到了重视。本文采用水热法和模板法制备了球状、梭状、片状和棒状四种不同形貌的纳米氧化铕催化剂,提高催化剂的活性和稳定性。在高压反应釜中选择性催化氧化木质素模型分子2-(2,6-二甲氧基苯基)-1-苯乙醇(简称:dp-ol)和木质素。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、氢气脱附吸附(H2-TPR)和X射线光电子能谱分析(XPS)对催化剂的晶型、形貌、物理化学性质和氧化能力等进行表征,通过气相质谱(GC-MS)、高效液相色谱(HPLC)定量定性分析检测所得液相产物组成,并对催化剂的再生性能进行评价。研究结果表明:不同形貌氧化铕对木质素模型分子的催化能力不同,其中棒状氧化铕在220℃、1 MPa O2、8 h条件下对木质素模型化合物的转化率达91.2%,并以棒状纳米氧化铕为催化剂,研究了其对真实木质素的催化氧化过程。通过催化氧化棉杆木质素,使用GC-MS定量了几种单体芳香族化合物的产率,最终得到香兰素、香草酸甲酯以及丁香酸甲酯并且其相应的单体收率分别为2.12 wt.%、0.73wt.%和0.74 wt.%。本文通过对纳米氧化铕催化氧化木质素及其模型化合物的应用研究,进一步丰富了木质素的多相催化解聚研究,也为解决新疆棉杆资源化利用的瓶颈问题提供了新的思路。