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纤维素是自然界中含量最丰富的生物质资源,利用催化的方法将纤维素转化为能源化学品是生物质资源利用的重要途径之一。本论文以纤维素的催化转化为中心,进行了纤维素水解、纤维素水解加氢制六元醇和木质纤维素催化转化制乙二醇的研究。
论文首先研究了磺化碳催化剂上纤维素的水解反应。通过磺化条件和炭源的选择来实现催化剂上酸量、磺酸根密度、比表面和亲水性等因素的最佳化。研究发现在250℃下磺化的活性炭催化剂能够实现球磨纤维素74.3%的转化率和62.6%的葡萄糖收率且此催化剂具有较好的稳定性。同时,比表面大、易磺化且具有较好亲水性的CMK-3经磺化后制备的催化剂对纤维素的转化率和葡萄糖的收率都有明显的提高作用,其分别达到94.4%和74.5%。
利用介孔炭材料独特的结构和表面性能制备了介孔碳(MC)负载的镍基双金属催化剂并应用到纤维素催化转化中。结果发现MC负载的单金属镍催化剂虽然能够获得42.1%的六元醇收率,但是催化剂稳定性较差;当采用贵金属修饰的双金属催化剂时,纤维素的转化率、六元醇的收率和催化剂的稳定性都明显提高。通过对催化剂吸附和结构的表征发现,MC对纤维素的β-1,4糖苷键具有较强的活化作用,同时贵金属和Ni具有较强的协同作用。
在组内纤维素催化转化制乙二醇工作的基础上,进一步把原料从微晶纤维素拓展到玉米秸秆上,考察了秸秆直接催化转化制备乙二醇和丙二醇的关键影响因素,发现原料中木质素的存在阻碍了纤维素的转化,降低了乙二醇和丙二醇的收率;半纤维素的存在对纤维素的转化没有影响,相反能够提高丙二醇的收率。