纤维素与甲壳素常压酸催化液化生成小分子化学品的机理研究进展

在过去的二十年里,利用常压催化液化法将木质生物质尤其是纤维素转化为小分子化学品的研究已经取得了一定的成果,近年来,常压催化液化法开始被应用于甲壳素生物质向小分子化学品转化的研究,极大地丰富了液化产物的种类尤其是含氮小分子化学品的类型。本文对常压下酸催化的纤维素与甲壳素在不同溶剂中液化生成的小分子化学品进行了总结,并重点对其液化机理的研究进展进行了阐述。提出了纤维素与甲壳素液化制备小分子化学品及机理研究中存在的一些问题及解决途径的建议,并对甲壳素的液化研究进行了展望。     

甲壳素生物质转化为高附加值化合物研究进展

甲壳素是地球上仅次于纤维素的第二大天然高分子多糖,年产丰富,天然可再生。将其转化为燃料及高附加值化学品,对于缓解全球能源危机和解决环境污染问题具有重要意义。本文综述了近年来国内外以甲壳素、壳聚糖、氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖等甲壳素类生物质为原料,在不同催化条件下制备含氮化合物、呋喃衍生物和有机酸等高附加值化学品的转化途径及其最新研究进展。提出了甲壳素生物质转化为重要基础化合物的新思路,以促进甲壳素生物质制备高附加值化学品工业技术的发展,为可再生资源替代化石资源的可持续发展提供有力的理论支持和实践指导。     

生物质常压催化液化技术研究进展

生物质是种天然可再生资源,近些年来学者们对其加工利用技术做了大量研究工作,常压催化液化技术就是其中之一。对国内外生物质常压催化液化技术的发展和研究现状进行了介绍,分析了液化剂和催化剂对液化过程及产品组成的影响,提出了生物质常压催化液化技术存在的主要问题及未来研究的方向,展望了生物质利用的发展前景。     

木质类废弃物液化及其高效利用研究进展

木质类废弃物具有数量多、分布广、可再生等特点,采用热化学液化技术将其转变为具有反应活性的新的化学原料,能替代或部分替代化石产品制备高品质化学品。本文将不同生物质转化技术以及可利用途径进行归纳总结,回顾了近年来国内外常见的木质类废弃物液化技术如高温高压液化、快速热解液化和常压催化液化等,重点介绍了广为关注的常压催化液化及其高效利用研究现状。概述了不同的液化剂和催化剂所得液化物的性质及所制备胶黏剂、聚氨酯材料等高附加值生物质基树脂材料的性能。指出木质类生物质液化过程只有朝着低成本、绿色、高效反应方向发展,才有可能向大规模工业化转化。作者结合自己的科研实践,提出该领域目前存在的一些问题以及解决途径的建议,对液化生物质基高分子材料的产业化应用提出展望。     

纤维素类生物质合成多元醇的研究进展

随着化石能源的日益耗竭,可再生的生物质能源成为最理想的替代能源。通过催化转化的方法将生物质转变为重要的工业原料是解决能源危机的有效手段。多元醇作为一种重要的工业原料,可以用来合成氢气、液体燃料和化学品。作为自然界最为丰富的生物质,纤维素可以通过催化转化的方法转变为多元醇。本文对纤维素类生物质合成多元醇的方法及研究进展进行了评述,提出了一步法水解/氢化和直接氢化法为纤维素类生物质合成多元醇的可能的发展方向。     

木质纤维素多元醇液化及液化产物提质的研究进展

生物质作为唯一的可再生含碳资源,通过热化学液化可以实现其高附加值转化为燃料和化学品。木质纤维素多元醇液化产物富含活性羟基,具有可调变的羟值和黏度,在聚氨酯材料的生产中得到了广泛的应用。由于液化过程中同时存在缩聚、重排等副反应的发生,导致液化产物中含有醛、酮、酸、酯等羰基化合物,使用合适的催化剂对液化产物进行加氢提质是提高下游聚氨酯泡沫品质的必需步骤。为此,对木质纤维素多元醇液化工艺、液化动力学和液化机理等方面进行了总结,对液化产物的提质方法及工艺技术的选取进行了阐述,提出了“液化耦合提质”的新工艺,并对未来的研究重点及发展趋势提出了可行的建议。     

纤维素催化转化研究进展

纤维素是自然界最丰富的生物质资源,利用其水解和转化制备有价值的化学品是目前研究的热点。本文介绍了近几年纤维素通过催化水解、催化氢解、催化氧化等方法转化为精细化学品的研究进展。同时,也总结了基于纤维素及其衍生物的制氢新技术。     

木质纤维生物质半纤维素分子模拟应用研究进展

木质纤维生物质资源是重要的可再生生物质资源,主要包含纤维素、半纤维素和木质素。半纤维素含量仅次于纤维素,是一种丰富、可再生的植物资源,其可水解制备重要化学品以及改性制备多功能材料。本文综述了生物质半纤维素分子模拟应用研究进展,从半纤维素大分子形态及其与纤维素结合方式的分子模拟研究和半纤维素制备化学品及材料的分子模拟研究2个方面进行阐述,从模拟结果可以看出半纤维素在细胞壁中与纤维素和木质素的相互作用及其本身的大分子形态对木质纤维生物质三大素的提取利用具有显著影响。分子模拟有利于理解过程机理,对反应效率的提高具有重要理论指导意义。最后对分子模拟在半纤维素研究的发展应用进行了展望,指出目前半纤维素分子模拟的空白领域,主要包括半纤维素液化生产生物油、木糖异构化生产木酮糖、半纤维素与木质素之间的结合方式以及其他的半纤维素基材料等,这些有待进一步的探索与研究。     

离子液体介质中纤维素资源转化研究进展

木质纤维素是地球上最丰富的可再生有机碳资源,将其高效转化为化学品或燃料,对缓解全球能源危机和解决环境污染问题具有重要意义。离子液体因对木质纤维素具有独特的溶解性能,近年来作为新型溶剂在生物质转化中获得广泛应用。综述了离子液体用于木质纤维素预处理及化学转化的最新研究进展,包括纤维素溶解、木质纤维素组分分离、纤维素水解制葡萄糖、六碳糖及纤维素催化转化制5-羟甲基糠醛以及碳水化合物的其他转化途径等,同时对基于离子液体平台的生物质转化技术存在的挑战、未来发展趋势及工业化前景进行了展望。     

生物质化学品5-乙氧基甲基糠醛的催化合成进展

5-乙氧基甲基糠醛（5-EMF）被认为是新一代具有重要潜力的生物质液体燃料和精细化学品。概括和总结了近年来以生物质及其衍生物为原料制备5-EMF的研究进展,阐述了由生物质原料如纤维素合成5-EMF的反应路径和机理,综述了多相酸催化体系的特点、制备方法及催化行为,强调了合成5-EMF的最新催化工艺。在此基础上,提出了今后的发展方向是由生物质一步转化为5-EMF。     

木质纤维素生物质水热液化的研究进展

对木质纤维素生物质的模型化合物(纤维素、半纤维素和木质素)的水热液化机理进行了剖析。纤维素和半纤维素降解路径主要是水解成单糖并进一步生成酸类、醛类、酮类等。木质素结构较复杂,液化产物中含有大量苯系化合物,具体木质纤维素生物质的水热液化反应更为复杂,不同的木质纤维素生物质原料水热液化产生的生物油含量不同;分析了原料种类、催化剂、反应温度、反应压力、对水热液化过程以及产品组成和收率的影响;对生物质水热液化制备生物油的研究进行了展望,认为发展木质纤维素生物质水热条件下降解的数学模型,开发新型反应器、研制催化剂,是今后生物质水热液化工程实验的发展方向。     

生物质裂解油技术研究进展

生物质是唯一能转化为液体燃料的可再生能源,生物质液化制取液体燃料及化学物品是生物质利用的主要发展方向。生物质液化主要包括裂解和高压液化两类。本文主要介绍了生物质纤维素裂解制备生物质裂解油的工艺、裂解反应器以及裂解油精制等。最后就我国目前的技术,提出了生物质制备裂解油的研究和发展趋势。     

木质生物质在不同溶剂作用下的液化反应研究进展

生物质液化技术可将低品位的固体生物质转化成高品位的液体燃料或化学品,是生物质高效利用的主要方式。首先分析了不同生物质组分液化过程中的机理,在此基础上,以木质生物质液化溶剂的选择为出发点,讨论了水、醇类以及混合溶剂作用下的液化反应,同时比较了催化剂对液化过程及产品组成的影响,指出醇类溶剂液化在液化油产品质量、液化过程分子结构的调控方面具有较大的优势,在高品质液化油、燃油添加剂合成等方面具有较高的应用前景。     

Kinetic study on the liquefaction of bagasse in polyhydric alcohols based on the cell wall component of the liquefied residue

Natural lignocellulose differs from the synthetic polymer due to the mineral matter which has a great influence on its degradation. To better understand lignocelluloses liquefaction, the bagasse was liquefied in alcoholic solvent [polyethylene glycol (PEG 400)/glycerol] catalyzed by sulfuric acid at 140–180 °C under atmospheric pressure. The amount of major components (cellulose, hemicellulose, lignin and ash) in the liquefied residue was used as a measurement of the extent of liquefaction. The results showed that hemicellulose is the most reactive component to liquefaction among other major cell wall components, followed by the lignin and cellulose. The content of the ash increased slowly with the reaction time under all reaction temperatures due to the re-condensation or re-precipitation of liquefied components. Based on the experimental results, the reaction kinetics for bagasse liquefaction was modeled and the activation energies, frequency factors and reaction orders for cellulose and lignin were calculated in a conventional manner. The activation energies for the liquefaction of lignin, cellulose and bagasse were 30.51 kJ mol−1, 72.83 kJ mol−1, and 67.09 kJ mol−1, respectively. The results of the enthalpy indicated the liquefaction of biomass is a highly endothermic reaction process. A better understanding to the liquefaction kinetics of biomass could be conducted based on the cell wall component of the liquefied residue.     

木质纤维水热液化研究进展

水热液化是木质纤维生物质的热转化方法之一,其因以水作为溶剂被认为是环境友好型技术。本文综述了木质纤维生物质水热液化的研究进展,对木质纤维生物质的水热液化产物分析策略进行概述。分析了纤维素、半纤维素和木质素等木质纤维生物质组分的水热液化机理以及水热液化产物组成和分布。讨论了反应温度、反应时间、催化剂和助溶剂等对木质纤维水热液化的影响,重点介绍了生物油、不凝性气体和固体残渣等液化产物的表征手段。最后对未来木质纤维水热液化发展方向提出了建议。     

生物质高压液化技术研究进展

综述了国内外生物质高压液化技术的研究概况。对生物质高压液化的主要影响因素原料种类、催化剂与溶剂、反应温度与时间、反应压力、液化的气氛等进行了总结和分析。指出生物质高压液化技术是具有较大开发潜力的生物质转化途径之一。     

利用生物质资源，发展表面活性剂

以生物质资源代替化石资源开发精细化学品是当前化学工业的一个发展趋势。开发表面活性剂的生物质资源有纤维素、木质素、淀粉、甲壳素、油脂和松脂等。重点介绍了以松脂为原料开发的表面活性剂,包括阴离子、阳离子、非离子和两性表面活性剂。