電化學氧化降解纖維素的研究.pdf

1、面對人類資源和能源嚴峻的危機，高值化利用可再生的生物質替代或減少依賴不可再生化石能源，生產出可滿足人類所需的材料，對于改善我們的生存環(huán)境質量意義重大。本研究的目的是將生物質纖維素降解成葡萄糖等可溶性小分子糖類或有機物。纖維素是植物殘體中最豐富的成分，是由葡萄糖單元規(guī)則有序排列而成的大分子，但是由于結構中存在大量氫鍵，導致纖維素不溶于水，也難以發(fā)生反應降解。本論文提出通過電化學氧化法使纖維素的羥基氧化成羧基或實現(xiàn)化學鍵斷裂而解聚的研究思想

2、，以微晶纖維素(MCC)為研究對象，考察了其在三種電解體系中的降解效果，主要研究內容如下:
　　1.針對纖維素降解產物的復雜性，建立了用于評價纖維素降解效果的稱重法、COD法和還原糖法三種指標體系，探討了各自優(yōu)缺點及適用范圍:稱重法最直觀，其中包含了尚未完全解聚但可懸浮于水的納米纖維素;還原糖法直接測定還原糖，不能表達降解的整體情況;COD法結果不僅包括降解的小分子產物，還包含了納米纖維素上引入的還原性官能團。需依據(jù)具體反應體系選

3、擇合適的評價降解率評價指標。
　　2.建立了兩種電解體系:一是在以石墨板為陽極、泡沫鎳為陰極的電解體系中電解纖維素;二是在以RuO2/Ti電極為陽極、石墨氈電極為陰極的電解體系中，利用氧氣在陰極的電化學還原在線產生的·OH氧化輔以陽極直接氧化的協(xié)同作用降解纖維素。兩種電化學體系降解纖維素的效率，以稱重法評價在15％左右，以COD法評價在55-65％之間，表明這種降解體系主要作用于微晶顆粒表面的官能團，并未實現(xiàn)有效降解。
　　

4、3.建立了以TEMPO為媒介的電化學降解纖維素體系，采用電化學循環(huán)再生TEMPO方式，實現(xiàn)了無需外加試劑的電化學選擇性氧化，經(jīng)過48小時的連續(xù)電解，纖維素中約三分之一的葡萄糖單元中C6上羥基被選擇性氧化為羧基;這種氧化預處理顯著提高了纖維素水解效果，優(yōu)化條件下降解達到81.73％（稱重法），表明纖維素微晶顆粒得到了大幅度的降解。
　　總之，本文探究了以三種不同電化學方式氧化降解纖維素的方法，不需添加化學氧化劑，具有清潔節(jié)能高效簡便