电化学法定向解聚木质素的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:kaffee0929
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木质素是自然界中贮量丰富的生物质资源之一,含有大量芳香族化合物结构单元,但因为其分子量大,反应活性低,因此利用率较低,如果能选择性断裂结构单元间的醚键和碳-碳键,就可以获得芳香族小分子化合物,实现木质素的资源化利用。因此提高木质素的解聚率、并控制产物选择性是研究的关键。本文采用电化学方法对木质素进行定向解聚,采用RuO2/Ti作为阳极,自制碳基气体扩散电解作为阴极,首先基于离子膜电解槽装置系统研究了电化学解聚方式(阳极氧化方式或氧阴极氧化方式)及其电解条件(H202浓度、电解温度、电解时间等)对木质素解聚率、小分子产物种类及相对含量的影响。其次在无隔膜电解槽中采用两种解聚方式协同的作用对木质素进行深度解聚的研究。使用GC-MS、LC-MS等对降解产物进行了定性分析,紫外分光光度法、重量差法对降解产物进行了定量分析。并用木质素扩大经典式法和GPC法对木质素电解前后的分子式结构和分子量进行了比较分析。隔膜电解槽电解木质素的实验结果表明:氧阴极氧化主要以断裂醚键为主,阳极氧化主要以引发Cα-Cβ键断裂为主;解聚率和解聚产物种类受电解条件影响显著。从木质素解聚产率及解聚产物上看,提高电解温度、电解时间或H202浓度可以提高小分子产物的产率,但是高于合适的程度也会使电解产物种类增多,造成电解产物种类选择性的降低。隔膜电解槽电解木质素的实验结果表明:利用无隔膜电解槽可以实现两种电化学解聚方式的协同作用,在较短的电解时间内获得较高的解聚率和较少的产物种类,结果表明在圆柱形无隔膜电解槽中电解木质素原料1小时后小分子收率可达到21.5%,萃余物分子量由3021降至937,得到4类小分子产物,达到了提高解聚率、控制产物选择性的目的。对木质素电解过程中收集到的气体冷凝液组分进行分析,分析结果表明:木质素在电解解聚过程中会持续地分离出相当数量的甲醇。这些小分子醇类化合物的存在会引发酚类解聚产物的聚合反应。在电解过程中把小分子甲醇类产物及时分离出来,可以抑制产物的聚合,提高电解效率。最后本研究进行了木质素电解液水相循环的实验,木质素电解液水相循环实验,不仅可以及时分离电解产物,避免造成过度氧化,同时使未被电解的木质素再次循环到下一轮电解中继续电解,同时碱性电解液循环利用也减少了资源的浪费。为以后本实验的电解工艺推广到实际工业生产中奠定了良好的基础。
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