離子液體中金屬離子助催化酸水解竹粉制備還原糖的研究.pdf

1、生物質(zhì)資源是地球上最豐富的可再生資源，開發(fā)利用生物質(zhì)能源等可再生的清潔能源資源，對(duì)于防止全球變暖、促進(jìn)循環(huán)型社會(huì)的建立、帶動(dòng)新興能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有極為重要的戰(zhàn)略意義。我國是世界上竹類資源最豐富的國家，竹類植物生長迅速，生物量大，再生能力強(qiáng)，以竹子為生物質(zhì)原料進(jìn)行能源化利用，可為生物能源產(chǎn)業(yè)提供新的原料，也為竹業(yè)的發(fā)展開拓新途徑和增長點(diǎn)。
　　本課題以竹子為生物質(zhì)原料，研究了離子液體中金屬離子在稀鹽酸水解竹粉過程中的助催化作用。同時(shí)

2、結(jié)合固體酸和金屬離子的催化特性，設(shè)計(jì)合成了新型的固載金屬離子的殼聚糖基固體酸催化劑，并研究了其在離子液體中催化竹粉水解的效果。
　　具體研究結(jié)果如下：
　　1.離子液體中金屬離子助催化稀鹽酸水解竹粉
　　1）本課題共考察了Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cu2+和Fe3+六種金屬離子的助催化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在離子液體中，金屬離子能顯著增強(qiáng)稀酸催化竹粉水解的效果。在研究的六種金屬離子中，Cu2+在加速水解過程，提高

3、還原糖產(chǎn)率方面表現(xiàn)出最優(yōu)的助催化性能。此外，過渡金屬離子的助催化作用要明顯優(yōu)于堿金屬離子和堿土金屬離子，而堿土金屬離子的助催化性又強(qiáng)于堿金屬離子。
　　2）本課題考察了五種稀鹽酸濃度（0.05-0.91％）在金屬離子助催化過程中對(duì)水解效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著 HCl濃度的增加，還原糖產(chǎn)率和水解速率均先增加后減少。在4 g1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽，0.2 g竹粉和0.13%(w/w) Cu2+體系中，濃度為0.45%(w/w

4、)的HCl表現(xiàn)出最好的催化效果。在100°C，20 RPM條件下反應(yīng)4 h，還原糖產(chǎn)率為69.0%，水解速率為5.85 g·L-1·h-1，還原糖產(chǎn)率較未添加金屬離子時(shí)增加了19%。
　　3）本課題考察了五種 Cu2+濃度（0.02-0.32%）對(duì)水解效果的影響。隨著金屬離子濃度的增加，還原糖產(chǎn)率和水解速率均先增加后減少。在4g1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽，0.2 g竹粉和0.45%(w/w)的HCl體系中，濃度為0.23%(w/w

5、) Cu2+表現(xiàn)出最好的助催化效果。在100°C，20 RPM條件下反應(yīng)4 h，還原糖產(chǎn)率為72.9%，水解速率為6.19 g·L-1·h-1，還原糖產(chǎn)率較未添加金屬離子時(shí)增加了22.9%。
　　4）研究了金屬離子助催化稀鹽酸水解竹粉的機(jī)理。XRD分析表明金屬離子有效地破壞了結(jié)晶纖維素的晶體結(jié)構(gòu)。FTIR分析表明金屬離子有效地脫除了木質(zhì)素并將結(jié)晶纖維素轉(zhuǎn)化為無定型纖維素。SEM分析表明金屬離子有效地打斷了竹粉的立體網(wǎng)狀結(jié)果，使更多

6、的纖維素暴露出來。
　　2.離子液體中殼聚糖基固體酸催化劑催化竹粉水解
　　合成了負(fù)載銅離子型磺化交聯(lián)殼聚糖催化劑（Cu2+-SCCR），并研究了它的催化性能。Cu2+-SCCR固體酸催化劑在離子液體中對(duì)竹粉的水解表現(xiàn)出優(yōu)越的催化性能。在4 g1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽中，0.05 g竹粉在1 g Cu2+-SCCR催化劑的催化作用下，在120℃，20 RPM條件下反應(yīng)24 h，還原糖產(chǎn)率為76.4%，還原糖產(chǎn)率較未添加催化