毕业设计（论文）--催化水解纤维素制备高附加值化学物.docVIP

专科生毕业设计（论文） 题 目：催化水解纤维素制备高附加值化学物 学生姓名： 系 别： 　 专业年级： 指导教师： 2012年6月20日 摘要 20 世纪以来，传统化石燃料的日趋枯竭加剧了世界范围内的能源紧张，开发新的可代替能源成为全世界面临的重大问题。生物质主要包括农业生产的废弃物和剩余物、林木和草类，储量丰富，是世界上储量最为丰富的可再生资源，具有替代石油基产业的潜力。纤维素是生物质的主要成分，它是由葡萄糖单元经 beta-1,4 糖苷键链接而成，而每个葡萄糖链之间通过氢键链接形成了超分子结构，这种致密结构使得纤维素很难被降解。本文主要从反应溶剂体系和催化剂分离体系的角度对纤维 素水解这个重要的课题开展研究。 本研究在离子液体氯化 1-乙基-3-甲基咪唑（[EMIM]Cl）、氯化 1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM]Cl)、氯化 1-烯丙基-3-甲基咪唑（[AMIM]Cl）三种体系中直接转化纤维素制备 HMF，考察了不同酸性催化剂、三氯化铬用量、纤维素浓度以及含水量对 HMF 产率的影响. 以盐酸为催化剂，HMF 的产率达到 50%. 同时尝试了以酸性的离子液体（[BMIM]HSO4）和（[BMIM] H2PO4）作为溶剂和催化剂直接催化水解纤维素。对纤维素水解生成 HMF 反应的动力学进行了研究并建立了简单的动力学模型，研究表明，总反应包括一个一级反应和两个连续的零级反应。 大量的研究致力于用酸和酶水解纤维素，但是从反应残余液中分离产物和催化剂非常耗能。基于此生物质水解的实际过程，我们首次设计合成了磁性的固体酸催化剂以解决催化剂分离的问题，通过透射电镜分析、X-射线衍射分析和比表面积测定显示纳米四氧化三铁颗粒很好的被包裹在二氧化硅中，催化剂表现为高度有序的介孔结构。在催化效果方面，催化剂对不同的生物质原料包括纤维二糖、淀粉、纤维素显示了较好的水解效果。水解纤维二糖可以得到 96%的葡萄糖，水解无定形纤维素 50 %产率的葡萄糖。为了证明该催化剂能够水解木质纤维素，我们选择未经处理的玉米芯为原料，得到 45%的总还原糖产率。重要的是，通过使用这种新的催化剂，我们省去了催化剂分离和反应液浓缩的步骤，该催化剂循环使用三次其水解效果没有明显下降。 关键词：生物质；纤维素；离子液体；固体酸；5-羟甲基糠醛；水解；磁性材料 ABSTRACTWith the drain of fossil fuel, searching for renewable alternative energy resources has become an urgent task for human-beings. Lignocellulose, consisting of agricultureal waste, trees and grasses, is the most abundant renewable resource, which is the most promising alternativesto fossil based industry. The main component of biomass is cellulose-a polymer comprising glucose units linked by beta -1,4-glycosidic bond, with each chain interconnected by hydrogen bonds, which makes cellulose a tough compound to break down. In this paper we studied the hydrolysis of cellulose based on he reaction medium and catalytic separation. Transformation of cellulose into 5-hydroxymethylfurfural was studyed in ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride([EMIM]Cl), 1-butyl-3-methylimidazoliu chloride([BMIM]Cl) and 1-allyl-3-methylimidazolium chloride（[AMIM]Cl）. The