催化法降解纤维素的研究

论文摘要

通过浸渍法制备了对纤维素降解有反应活性的催化剂Mn/ZSM-5,并研究了Mn/ZSM-5参与的催化反应分别在水溶液和磷酸溶液中降解纤维素的情况。以铜乙二胺溶液（CED）粘度法并结合Martin公式和Mark方程计算出降解反应前后纤维素的聚合度,用红外光谱仪对降解前后纤维素分子链上的官能团变化进行分析研究,采用X射线衍射仪和电子扫描电镜对降解前后的纤维素结晶度以及表面形态变化进行表征,通过紫外-可见分光光度计以及高效液相色谱仪对纤维素降解后的溶液进行检测分析,用薄层色谱法以及柱色谱法对产物进行分离并对产物进行核磁共振谱表征,同时考察了在反应中pH值、反应时间、温度、催化剂加入量、H2O2用量等因素对纤维素降解反应的影响。具有催化活性的催化剂Mn/ZSM-5较佳的制备条件为:氯化锰/分子筛ZSM-5比例为20%,焙烧时间6h,焙烧温度为650℃。Mn/ZSM-5在水溶液中降解纤维素的较优条件为,在pH值为3的250mL水溶液中加入5g纤维素、0.4g催化剂和2mL H2O2,在60℃下反应6h后,纤维素的平均聚合度由1100降为100左右,纤维素的结晶度降低35%,降解后的纤维素表面出现了褶皱,溶液中产生了少量的可溶性糖。Mn/ZSM-5在磷酸溶液中降解纤维素反应后,可以生成5-羟甲基糠醛（5-HMF）和乙酰丙酸（LA）等小分子物质。通过考察反应条件对5-HMF产率的影响,提出催化法降解纤维素的反应机理为:磷酸可以破坏纤维素分子内和分子间的氢键和纤维素的紧密结构,类Fenton反应产生的羟基自由基氧化断裂纤维素中β-1-4-糖苷键产生可溶性糖、低聚糖以及聚合度降低的纤维素,在酸的催化下葡萄糖可以转化为5-羟甲基糠醛、乙酰丙酸等小分子物质。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 纤维素
• 1-1-1 纤维素的简介
• 1-1-2 纤维素降解的研究进展
• 1-2 Fenton 法简介及应用
• 1-2-1 Fenton 法简介
• 1-2-2 Fenton 法基本原理及应用进展
• 1-3 类 Fenton 法简介及应用
• 1-4 研究内容、目标和意义
• 第二章 实验部分
• 2-1 实验试剂
• 2-2 试验仪器
• 2-3 试验方法
• 2-3-1 催化剂的选择
• 2-3-2 分子筛催化剂的制备
• 2-3-3 纤维素的降解
• 2-3-4 降解后纤维素固体的表征方法
• 2-3-5 降解后液体产物的表征方法
• 第三章 实验结果及分析
• 3-1 催化剂考察
• 3-1-1 催化剂的选用
• 3-1-2 Mn/ZSM-5 催化剂制备条件的优化及表征
• 3-2 催化法在水溶液中降解纤维素
• 3-2-1 反应产物的分析
• 3-2-2 温度的影响
• 3-2-3 pH 值的影响
• 3-2-4 反应时间的影响
• 2O₂ 加入量的影响'>3-2-5 H₂O₂加入量的影响
• 3-2-6 催化剂加入量的影响
• 3-3 催化法在磷酸溶液中降解纤维素
• 3-3-1 纤维素降解产物的分析
• 3-3-2 磷酸浓度的影响
• 3-3-3 反应时间的影响
• 3-3-4 反应温度的影响
• 2O₂ 加入量的影响'>3-3-5 H₂O₂加入量的影响
• 3-3-6 催化剂Mn/ZSM-5 加入量的影响
• 3-4 纤维素降解反应机理的探索
• 3-4-1 纤维素分子内和分子间氢键的断裂
• 3-4-2 β-1-4 糖苷键的断裂
• 3-4-3 5-HMF 和LA 的生成
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所取得相关科技成果