介孔钛硅分子筛的制备及催化水解纤维素的研究

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介孔分子筛MCM-41具有较大的比表面积和较窄的孔径分布,将钛引入分子筛骨架后可以增加分子筛中晶格缺陷的数量,提高分子筛的氧化还原能力,可以用于多种催化反应。  本文以硫酸钛为钛源,硅酸钠为硅源,十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,采用水热晶化法合成出Ti-MCM-41分子筛,研究了硼酸-氢氧化钠-氯化钾(pH=9)、氨水-氯化铵(pH=10)、磷酸氢二钠-氢氧化钠(pH=11)三种缓冲溶液对合成Ti-MCM-41的影响;利用XRD、BET、Uv-vis等方法研究合成的Ti-MCM-41和Fe、Zn改性以及硫酸改性Ti-MCM-41的物化性质。结果表明,Ti-MCM-41中的Ti以骨架钛的形式存在于分子筛中,所有分子筛均具有有序的六方晶相结构;缓冲溶液的存在会使合成的Ti-MCM-41介孔有序性降低,在非缓冲溶液中合成的Ti-MCM-41的介孔品质最好;经过Fe、Zn以及硫酸改性的Ti-MCM-41分子筛仍然保持了完整的介孔结构,但结晶度、比表面积和孔容较改性前减小。  以钛硅Ti-MCM-41分子筛为催化剂,研究和评价了Ti-MCM-41催化水解纤维素的催化活性,筛选出了H2SO4/Ti-MCM-41的催化活性最好。以HzSO4/ Ti-MCM-41为催化剂,研究了纤维素和半纤维素的催化水解工艺,得到H2SO4/Ti-MCM-41催化水解纤维素的优化工艺条件是:反应温度230℃,反应时间15 min,催化剂加入量m(纤维素)∶m(催化剂)为2∶0.3,液固比为30;在优化条件下,纤维素水解反应的残渣率、总还原糖收率和5-HMF(5-羟甲基糠醛)收率分别为11.95%、47.23%、20.70%。H2SO4/Ti-MCM-41催化水解半纤维素的优化工艺条件是:反应温度200℃,反应时间120 min,催化剂加入量m(木聚糖)∶m(催化剂)为1∶0.1,液固比为40,在此条件下糠醛的收率为32.20%。
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