碳基固體磺酸催化劑制備及纖維素水解研究.pdf

1、隨著石油等傳統(tǒng)資源急劇消耗及環(huán)境污染問題的日益加重，開發(fā)與利用生物能源成為當今研究的主要課題之一。因此如何綠色高效地開發(fā)利用以纖維素為主的可再生資源生成生物乙醇已成為當今社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要議題。本課題對比了不同碳源制備的碳基固體磺酸催化劑在纖維素水解反應中性能，并針對產(chǎn)物與催化劑分離困難的問題自制了具有磁性的碳基固體磺酸催化劑。
　　本課題采用水熱合成碳化法分別以葡萄糖、蔗糖、淀粉、纖維素為碳源制備了四種碳基固體磺酸催化劑，

2、分析了反應溫度、反應時間等因素對催化劑表面酸量的影響。將不同碳源制備的催化劑應用于纖維素水解反應中，得到不同碳源制備的催化劑活性大小為葡萄糖＞蔗糖＞淀粉＞纖維素。同時，將催化劑應用于離子液體[MMIM]DMP預處理后纖維素水解反應中，發(fā)現(xiàn)水解產(chǎn)率得到較大提高。其中，以葡萄糖為碳基的固體酸在水解反應中總還原糖(TRS)和葡萄糖產(chǎn)率分別為47.4％和30.1％。
　　針對催化劑在纖維素水解反應中與產(chǎn)物分離困難的問題，本文以葡萄糖和納米

3、四氧化三鐵為原料，通過水熱合成反應法制備了具有磁性的碳基固體磺酸催化劑。通過催化劑水解纖維素反應的動力學響應面模型對工藝條件進行優(yōu)化，得到催化劑最優(yōu)制備條件為:反應溫度160℃，反應物葡萄糖與納米四氧化三鐵的摩爾比3.85∶1，反應時間20h，催化劑最高表面酸量為1.43mmol/g。通過對催化劑進行結(jié)構(gòu)和性能表征表明，合成的催化劑表面含有-SO3H的同時還存在-COOH和酚羥基等官能團，大小為1-20μm包裹有四氧化三鐵的無定形碳顆粒

4、，具有強磁性且在267℃以上時才會發(fā)生分解。將催化劑應用于纖維素水解反應，得到總還原糖(TRS)和葡萄糖產(chǎn)率分別為48.2％和27.6％，葡萄糖選擇性為57.2％。同時，利用不同離子液體[AMIM]Cl、[BMIM]Cl、[MMIM]DMP預處理纖維素，并利用白制的磁性碳基固體磺酸催化劑催化纖維素水解后發(fā)現(xiàn)三種離子液體對纖維素水解貢獻作用[MMIM]DMP＞[AMIM]Cl＞[BMIM]Cl。其中[MMIM]DMP預處理纖維素后利用磁性