三聚氰氯及其衍生物对纤维素结构及水解性能的影响

论文摘要

由木质纤维素原料水解并发酵制得的乙醇是一种重要的可再生能源,然而现有水解方法消耗大量的化学试剂且可发酵糖的产率很低,成为纤维素乙醇技术进一步发展的瓶颈。本文以化学改性的方法改变纤维素的结晶结构,提高纤维素的水解效率。首先以三聚氰氯（TCT）为原料,分别与苯胺、对氨基苯磺酸反应,合成修饰剂2-氯-4,6-二苯氨基-1,3,5-三嗪（DACT）和2-（4-氨基苯磺酸钠）-4,6-二氯-1,3,5-三嗪（ASACT）。然后将TCT、DACT和ASACT分别用于微晶纤维素的修饰,用红外光谱、广角X-射线衍射（WAXD）表征产物的化学结构和结晶结构。根据WAXD分别计算修饰微晶纤维素的结晶指数（CI）、晶粒尺寸（D）以及101、101晶面相对于002晶面的含量（R）。纤维素及其改性产物在373 K,固液比为1:20,氮气保护条件下用8 wt%H2SO4催化回流水解5 h。水解实验结果和对WAXD的分析结果表明:水解后还原糖得率（Y）、CI、D以及R随修饰剂用量的不同而变化。TCT用量为4.762 %mol时,修饰纤维素的结晶指数最低,R值最大,Y最高。DACT修饰微晶纤维素的结晶指数和晶粒尺寸随DACT用量的增加先减小后增大;曲线拟合得出在DACT用量在27.5 %mol和24.6 %mol时,两者分别获得最小值;还原糖得率曲线拟合得出DACT用量为25 %mol左右的样品,Y最高。而ASACT修饰微晶纤维素中,用量为14.54 %mol左右的样品Y最高,这与拟合得到的ASACT用量为14.9 %mol、11.4 %mol、12.0 %mol左右的样品分别获得最小的结晶指数、R值以及最小晶粒尺寸的结果相符。对比TCT与DACT、TCT与ASACT修饰纤维素的水解性能,发现修饰剂体积的增加以及亲水基团的引入,可提高修饰纤维素的水解还原糖得率。广角X-射线衍射证实水解效率的提高是结晶指数、晶粒尺寸以及R综合作用的结果,纤维素侧基的化学改性使纤维素的结晶结构发生了变化,有利于纤维素水解产生可发酵糖。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 纤维素的结构
• 1.2.1 纤维素的化学结构
• 1.2.2 纤维素的聚集态结构
• 1.3 纤维素的水解
• 1.3.1 酸水解
• 1.3.2 酶水解
• 1.4 纤维素的预处理
• 1.4.1 物理法
• 1.4.2 化学法
• 1.4.3 生物法
• 1.4.4 综合法
• 1.5 选题意义和研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验药品和仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 三聚氰氯衍生物的合成
• 2.2.1 2-氯-4,6-二苯氨基-1,3,5-三嗪（DACT）的合成
• 2.2.2 2-（4-氨基苯磺酸钠）-4,6-二氯-1,3,5-三嗪（ASACT）的合成
• 2.3 微晶纤维素的修饰
• 2.3.1 三聚氰氯（TCT）修饰微晶纤维素的制备
• 2.3.2 2-氯-4,6-二苯氨基-1,3,5-三嗪（DACT）修饰微晶纤维素的制备
• 2.3.3 2-（4-氨基苯磺酸钠）-4,6-二氯-1,3,5-三嗪（ASACT）修饰微晶纤维素的制备
• 2.4 微晶纤维素的酸水解
• 2.4.1 水解实验方法
• 2.4.2 还原糖总含量的测定
• 2.4.3 水解液中还原糖含量的测定
• 2.5 表征方法
• 2.5.1 红外光谱（FT-IR）分析
• 2.5.2 核磁共振图谱分析
• 2.5.3 广角X-射线衍射图谱（WAXD）分析
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 TCT 修饰纤维素的制备、结构及水解性能
• 3.1.1 TCT 修饰纤维素的合成与表征
• 3.1.2 TCT 修饰微晶纤维素的稀酸水解
• 3.1.3 TCT 修饰微晶纤维素的结晶结构与水解性能的关系
• 3.1.4 TCT 修饰微晶纤维素的结晶结构对水解效率影响规律的理论解释
• 3.2 DACT 修饰纤维素的制备、结构及水解性能
• 3.2.1 2-氯-4,6-二苯氨基-1,3,5-三嗪（DACT）的结构表征
• 3.2.2 DACT 修饰微晶纤维素的合成与表征
• 3.2.3 DACT 修饰微晶纤维素的稀酸水解
• 3.2.4 DACT 修饰微晶纤维素的结晶结构与水解性能的关系
• 3.2.5 小结
• 3.3 ASACT 修饰纤维素的制备、结构及水解性能
• 3.3.1 2-（4-氨基苯磺酸钠）-4,6-二氯-1,3,5-三嗪（ASACT）的结构表征
• 3.3.2 ASACT 修饰纤维素的合成与表征
• 3.3.3 ASACT 修饰微晶纤维素的稀酸水解
• 3.3.4 ASACT 修饰微晶纤维素的结晶结构与水解性能的关系
• 3.3.5 小结
• 第四章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A：作者在校期间发表的论文