水热条件下Fe-resin在NaCl溶液中催化转化纤维素制取葡萄糖和乙酰丙酸的研究

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生物质中的纤维素和半纤维是糖的聚合物,能够水解产生单糖和各种有用的化学品。因此,纤维素和半纤维素的水解对生物质的充分利用来说是非常重要的。本论文以微晶纤维素(MCC)和稻草秸秆为研究对象,利用Fe-resin在NaCl溶液中对其进行水解反应制取葡糖糖和平台化合物乙酰丙酸(LA)和糠醛。主要结果为:  (1)在水热条件下利用Fe-resin在NaCl溶液中对MCC进行水解,以MCC的转化率以及葡萄糖和LA的收率为考察指标,研究了影响MCC水解反应的因素如制备Fe-resin的FeCl3溶液的浓度、NaCl的浓度、反应温度和时间,筛选出MCC的最佳反应条件为:0.5 g MCC,0.3 g10% Fe-resin,40 mL5% NaCl溶液,反应温度为200℃,反应时间为5h,此条件下MCC的转化率为90.9%,葡萄糖和LA的收率分别为38.7%和33.3%,二者的选择性为80%。研究表明MCC的水解过程分为三步:第一步,NaCl使MCC的结晶区变为无定型区;第二步,Fe-resin把无定型纤维素转化为多糖(WSSs);第三步,Fe-resin上的Fe3+逐步释放到NaCl溶液中,使WSSs转化为葡萄糖和LA。MCC在最佳反应条件下被Fe-resin/NaCl严重破坏。  (2)在水热条件下利用Fe-resin在NaCl溶液中对稻草秸秆进行水解,以稻草的转化率以及还原糖(TRS)、平台化合物LA和糠醛的收率为考察指标,探讨了影响稻草水解的因素如稻草的目数、反应时间、液固比、固固比,并筛选出稻草的最佳反应条件为0.2 g40-60目稻草、0.15 g Fe-resin、30 mL去离子水、反应时间5h。此条件下稻草的转化率为73.5%,葡萄糖和LA的收率分别为17.3%和4.9%;为了提高未处理的稻草的转化率和产物收率,我们采用了盐藻藻液、超声、蒸汽爆破和Na2SO3处理四种方法对稻草进行预处理(处理后的稻草分别记为YZ-RS、CS-RS、ZQ-RS和Na2SO3-RS),通过XRD、SEM等表征手段及元素分析及化学组分含量分析,筛选出蒸汽爆破和Na2SO3处理是两种较好的预处理方法。利用Fe-resin在NaCl溶液中对这两种预处理的稻草进行水解。根据稻草的转化率和水解液中的产物分布,得出以下结论:反应温度由180℃提高至200℃后,稻草的转化率和TRS的收率提高了;平台化合物由糠醛转为LA; NaCl的使用可以提高稻草的转化率和产物的收率;ZQ-RS在180℃下经20% Fe-resin水解后产物的选择性达到57%,对应的理论值为62%; Na2SO3-RS在200℃下经10% Fe-resin在3.3%的NaCl中水解后,转化率达到97.3%,TRS和LA的产率分别达到为29.6%和13.5%,对应的理论产率分别为34.6%和15.8%。ZQ-RS和Na2SO3-RS被Fe-resin/NaCl严重破坏。
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