金属卟啉催化氧化降解微晶纤维素的初步研究

论文摘要

当今世界面临着能源短缺、环境污染、生态破坏等全球性危机,促使人们将可持续发展作为解决人类自身危机和发展世界经济的根本途径和基本战略。合理开发利用纤维素等可再生资源代替石油来生产基础化工原料和化学品将在化学工业的持续增长中发挥着非常重要的作用。本文以催化氧化降解微晶纤维素转化为小分子含氧有机化合物为目的,以金属卟啉为催化剂湿法氧化降解微晶纤维素,系统地研究了各种反应参数对金属卟啉催化氧化降解微晶纤维素的影响。本文的主要工作如下:1.建立了金属卟啉催化氧化降解微晶纤维素反应产物的分析方法。采用高效液相色谱结合C18反相键合色谱柱对氧化降解微晶纤维素产物中的5-羟甲基糠醛、糠醛和5-甲基糠醛等糠醛类化合物进行了定量分析,并优化了检测波长、缓冲溶液的pH值、流速、柱温等检测参数。采用高效液相色谱结合HRC-NH2氨基键合色谱柱对氧化降解微晶纤维素产物中葡萄糖等糖类化合物进行了定量分析。采用Liqui TOCⅡ定量分析微晶纤维素氧化降解产物中水溶性有机小分子总有机碳的含量,建立了总有机碳的分析方法。2.系统研究了金属卟啉催化氧化降解微晶纤维素反应体系,考察了催化剂种类、催化剂的用量、反应温度、氧气压力、反应物浓度、pH值、反应时间等反应条件对金属卟啉催化氧化降解微晶纤维素反应的影响。优化工艺参数为反应温度180℃,2 mg T（p-Cl）PPFeCl,微晶纤维素的用量1 g,反应介质的初始pH值为2.14,反应6 h,1.4 MPa的O2。在该反应条件下,TOC为130.3 mg,葡萄糖的收率为7.7%,5-羟甲基糠醛的收率为1.7%、糠醛的收率为0.3%、5-甲基糠醛的收率为0.1%。3.结合微晶纤维素氧化降解与热降解对照实验、微晶纤维素氧化降解的空白对照实验、微晶纤维素与葡萄糖对比氧化反应产物的GC-MS研究,提出了金属卟啉催化氧化降解微晶纤维素反应的初步反应机理,发现该反应是金属卟啉促进下的湿法氧化反应机理,金属卟啉在微晶纤维素降解成葡萄糖过程起到催化作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纤维素的结构
• 1.2.1 纤维素的化学结构
• 1.2.2 纤维素的晶体结构
• 1.3 纤维素的理化性质
• 1.3.1 纤维素的物理性质
• 1.3.2 纤维素的化学性质
• 1.4 纤维素的物理降解
• 1.4.1 纤维素的机械降解
• 1.4.2 纤维素的微波法降解
• 1.4.3 纤维素的辐射法降解
• 1.4.4 纤维素的超声波法降解
• 1.4.5 纤维素的热降解
• 1.5 纤维素的微生物和酶降解
• 1.5.1 纤维素的微生物降解
• 1.5.2 纤维素的酶降解
• 1.6 纤维素的化学降解
• 1.6.1 纤维素的亚临界与超临界水解
• 1.6.2 纤维素的酸水解
• 1.6.3 纤维素的碱性降解
• 1.6.4 纤维素的氧化降解
• 1.6.5 纤维素的催化加氢降解
• 1.6.6 纤维素的光化学降解
• 1.7 湿法氧化工艺研究简介
• 1.8 本课题研究目的、意义和内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 主要仪器及试剂
• 2.1.1 主要仪器
• 2.1.2 主要试剂
• 2.2 金属卟啉的合成与表征
• 2.2.1 四苯基卟吩和取代四苯基卟吩的合成
• 2.2.2 单金属卟啉的合成
• 2.2.3 μ-氧代对氯双铁卟啉的合成
• 2.2.4 合成的金属卟啉化合物结构表征
• 2.3 金属卟啉催化氧化降解微晶纤维素反应实验方法
• 2.3.1 实验装置
• 2.3.2 催化反应实验
• 2.4 微晶纤维素降解产物的GC-MS 定性分析方法
• 2.5 元素分析实验
• 2.6 数据处理的计算公式
• 第3章 微晶纤维素氧化降解产物分析方法的建立
• 3.1 微晶纤维素降解产物中糠醛类物质的定量分析
• 3.1.1 微晶纤维素降解产物的定性分析
• 3.1.2 纤维素降解产物中糠醛类物质的定量分析
• 3.1.3 回收率实验
• 3.1.4 精密度实验
• 3.1.5 实际样品测试
• 3.2 微晶纤维素降解产物中糖类的定量分析
• 3.2.1 糖类物质分析方法简介
• 3.2.2 微晶纤维素降解产物中糖类物质的定性分析
• 3.2.3 微晶纤维素降解产物中糖的定量分析
• 3.2.4 葡萄糖定量分析方法的回收率和精密度实验
• 3.2.5 实际样品中葡萄糖的定量分析
• 3.3 TOC 分析方法的建立
• 3.3.1 分析条件
• 3.3.2 标准溶液的配置
• 3.3.3 标准曲线的绘制
• 3.3.4 回收率和精密度实验
• 3.3.5 实际样品的测试
• 3.4 小结
• 第4章 金属卟啉催化氧化降解微晶纤维素
• 4.1 反应时间对金属卟啉催化氧化降解微晶纤维素的影响
• 4.2 微晶纤维素用量的影响
• 4.3 不同金属卟啉对氧化降解微晶纤维素的催化作用
• 4.4 反应温度的影响
• 4.5 反应介质 pH 值的影响
• 4.6 催化剂用量的影响
• 4.7 氧气压力对金属卟啉催化氧化降解微晶纤维素的影响
• 4.8 小结
• 第5章 金属卟啉催化氧化降解微晶纤维素的机理
• 5.1 纤维素的热水解机理
• 5.2 微晶纤维素氧化降解机理的探讨
• 5.2.1 微晶纤维素氧化降解与热降解对照实验
• 5.2.2 微晶纤维素氧化降解空白对照实验
• 5.2.3 微晶纤维素氧化降解与葡萄糖氧化降解对照实验
• 5.2.4 微晶纤维素降解反应机理
• 5.3 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文
• 附录B 部分化合物谱图