木质素降解及其产物在一步法合成金/介孔碳材料中的应用

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随着化石资源的不断消耗,人们对可再生资源的需求日益迫切。木质素是自然界中最丰富的可再生芳香烃原料之一,具有很大的潜力作为石油衍生芳香烃的替代品。由于结构复杂性和成键多样性,90%以上木质素未得到有效的利用,大部分成为造纸制浆的废弃物直接排入河流,造成了严重的环境污染。所以,实现木质素的有效利用具有很高的经济价值和现实价值。基于课题组已有的研究基础,本论文首先合成了多种杂多酸离子液体催化剂,用以降解木质素;从降解产物中,筛选出香草醇作为替代苯酚的单体,采用一步法合成了一系列金/介孔碳催化剂。具体研究内容如下:(1)合成了六种杂多酸离子液体催化剂,对催化剂进行1H NMR和FT-IR表征分析。研究发现在所合成的催化剂中,烯丙基咪唑磷钨酸盐[Amim]H2PW12O40为最佳催化剂。在最佳反应条件下(催化剂用量,90μmol;碱木质素用量,80 mg;水用量,20 mL;90 oC;6 h),碱木质素降解率为21.50%,总酚类产率为1.72%,且催化剂能够重复使用5次。随后,对催化剂[Amim]H2PW12O40降解碱木质素的过程进行了分析,发现该催化剂可以有效地打断碱木质素中碳碳键和醚键。(2)合成了一系列的金/介孔碳催化剂,对催化剂进行XRD、氮气吸脱附、TEM、ICP-AES和Raman表征。在苯甲醇氧化反应中,最佳催化剂为Au-C-3wt%-S-(1:30)-700-water-HF,其具有蠕虫状孔道结构,BET比表面积为251 m2/g,孔容为0.15 cm3/g,在介孔碳的孔道和碳壁中嵌有约5.1 nm的金纳米粒子。在最佳反应条件下(催化剂用量,25 mg;苯甲醇,1 mmol;K2CO3用量,2 mmol;水用量,5mL;100 oC;6 h),苯甲醇转化率为98.4%,苯甲酸选择性为98.0%,TOF为321 h-1。此外,催化剂能够重复使用4次。
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