论文部分内容阅读
城市化的发展和人口的快速增长,伴随着大量的食品废弃物产生。目前关于食品废弃物的处置方式主要是焚烧和填埋,不仅造成资源的浪费,而且造成环境污染等问题。同时城市化、工业化快速发展对化石能源的依赖造成化石资源日益枯竭,燃料的供应形势日趋严峻,并且化石能源的燃烧往往伴随着生态环境的恶化。因此,人们必须寻求可替代化石能源的绿色可再生能源。生物质作为储量最丰富的可再生资源,在燃料和化学品生产方面引起学者们的极大关注。其中5-乙氧基甲基糠醛(EMF)由于具有高的能量密度,同时作为燃料添加剂还有助于减少机动车烟尘和SOx的排放,因此EMF被认为是一种化石燃料的理想替代品作为。以高含糖食品废弃物生物质作为原料制取EMF,这一过程不仅可以实现食品废弃物的资源化利用,同时还可以有效的解决能源危机问题,预防环境污染。本文的主要研究内容有:(1)分别以Bronsted酸三氟甲基磺酸和Lewis酸CrCl3·6H2O作为催化剂,果糖作为模型化合物,在均相反应体系中催化果糖转化生成EMF,考察反应时间、温度和溶剂种类及添加量对EMF产率的影响。分别以过期的高含糖食品废弃物益生菌固体饮料,赤砂糖,蜂蜜,洋葱粉和大蒜粉作为反应原料,当三氟甲基磺酸作为催化剂时,在130℃温度下,10 vol.%的DMSO/乙醇溶剂中反应15min,EMF的产率分别为68.3%,37.7%,42.5%,64.9%,31.3%;当以CrCl3·6H2O作为催化剂时,在130℃,乙醇溶剂中反应50min,EMF的产率分别为31.5%,25.6%,30.7%,26.1%,23.9%,当反应时间延长至70min时,过期的益生固体饮料和蜂蜜作为原料的EMF产率分别增加至33%和38.7%。(2)采用水热炭化和后磺化法成功制备出餐厨基炭质固体酸(FW-SO3H),并对其进行SEM,XRD,FTIR,XPS,TG,N2吸附脱附,元素分析和酸碱滴定等表征分析,结果表明:催化剂FW-SO3H具有良好的稳定性,较大的比表面积以及较高的酸密度。以果糖为模型化合物,FW-SO3H为催化剂,优化反应条件,在12.5 vol.%DMSO/乙醇溶剂中140℃反应4 h,获得54.2%的EMF产率。分别以过期的高含糖食品废弃物益生菌固体饮料、红糖和蜂蜜为原料,在12.5 vol.%DMSO/乙醇溶剂中,140℃条件下反应4 h,EMF的产率分别为52.1%,28.3%,34.4%;以过期的洋葱粉和大蒜粉为原料,在12.5 vol.%DMSO/乙醇溶剂中,140℃条件下反应10h,EMF的产率分别为9.1%,4.6%。(3)采用水热法成功制备既含有Lewis酸位又含有Bronsted酸位的金属有机框架材料(MOF(Cr)-SO3H),并对其进行SEM,XRD,FTIR,N2吸附脱附和TG等表征分析,结果表明:催化剂MOF(Cr)-SO3H具有较好的晶体结构和良好的稳定性。用其催化果糖、葡萄糖及过期的高含糖食品废弃物转化生成EMF。由于催化剂MOF(Cr)-SO3H中弱的Bronsted酸位和空间结构的局限性,对于催化果糖及高含糖食品废弃物转化生成EMF的效果较差。但由于其既含有Lewis酸位又含有Bronsted酸位,可实现一锅法催化葡萄糖转化生成EMF,在5 vol.%H2O/乙醇溶剂中,140℃反应条件下反应22 h,得到23.1%的EMF产率。