响应面法优化生物质基固体酸催化剂的制备

以获取生物质基固体酸催化剂制备的最佳工艺条件为目的,利用生物质玉米秸秆为原料,设计碳化时间、碳化温度、磺化时间、磺化温度四因素三水平Box-Behnken试验,通过催化剂催化水解玉米秸秆所得还原糖得率进行表征,采用响应面法确定玉米秸秆碳基固体酸催化剂的最佳制备工艺。结果表明,实验数据建立的二次多项式数学模型显著性极高(P0.0001),相关系数R2=0.9981,预测值与实验值具有很好的拟合度。通过二次回归模型得到玉米秸秆基固体酸催化剂制备的最佳工艺条件为:碳化温度548.78℃、碳化时间13.67 h、磺化温度120.82℃、磺化时间6.83 h。在此条件下获得的生物质碳基固体酸催化剂催化水解玉米秸秆所得还原糖的得率为7.978%,预测值为7.983%,二者相差0.005%;比其他固体酸催化剂催化水解纤维素所得还原糖得率可提高65%,说明用此模型来优化玉米秸秆基固体酸催化剂的制备工艺是可行的。     

磁性碳基固体酸催化剂的制备及其水解工艺优化研究

采用共沉淀法合成磁性Fe_3O_4,通过碳化磺化制备核壳结构的磁性固体酸催化剂Fe_3O_4/C-SO_3H,并利用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)、元素分析等手段对催化剂特性进行表征分析。以催化玉米芯水解所得的木糖得率为评价指标,对磁性固体酸催化剂催化玉米芯水解工艺条件进行优化研究,得出最佳条件为反应时间10 h、反应温度140℃、催化剂用量1.5 g、固液比(g/mL)2∶50(玉米芯含量为0.5 g),此时木糖得率为51.01%。研究认为,磁性固体酸催化剂催化木质纤维素水解的反应过程为酸催化和吸附过程共同作用,木质纤维素是分级解聚逐步转化,利用两步操作能够最大程度的水解木质纤维素。     

有机酸和路易斯酸对玉米芯和玉米秸秆生物质水热法制备木糖影响研究

为确定有机酸和路易斯酸水热法处理玉米芯和玉米秸秆制备木糖的影响因素显著性顺序及最优工艺条件,设计正交实验,考察酸种类、酸浓度、固液比、水解时间和水解温度对木糖得率的影响。对酸种类和酸浓度进行单因素实验设计,采用高效液相色谱对水解液进行分析。结果表明：各因素影响主次顺序为水解时间>固液比>酸种类>水解温度>酸浓度;最佳处理条件为氯化铁作为酸性催化剂,酸浓度15 g/L,固液比1∶12,处理温度170 ℃,处理时间15 min;秸秆和玉米芯单因素实验皆在添加15 g/L氯化铁时木糖得率达到最大值,分别为22.58%和25.70%。     

响应面法优化生物质基磁性固体酸催化玉米秸秆直接水解制备糠醛的研究

以获取玉米秸秆水解制备糠醛的最佳工艺条件为目的,研究在有机溶剂甲苯的存在下,以生物质基磁性固体酸作为催化剂,玉米秸秆为原料,利用Design-Expert.V8.0.6.1中的Response Surface模块设计4因素(萃取剂用量、催化剂用量、水解温度、水解时间)3水平的Box-Behnken试验,通过分光光度法测定水解液中糠醛得率,确定生物质基磁性固体酸催化玉米秸秆直接水解制备糠醛的最佳工艺条件。结果表明,通过Box-Behnken试验数据建立的二次多项式数学模型的P=0.00030.01,失拟项P=0.0010.01,达到极显著水平,校正决定系数R~2=0.9922,预测值与实验值具有很好的拟合度。通过二次回归模型得到生物质基磁性固体酸催化玉米秸秆直接水解制备糠醛的最佳工艺条件为:萃取剂用量25 mL,催化剂用量2.5 g(以1 g生物质原料为标准),水解温度158.8℃,水解时间4.1 h。在该条件下直接水解玉米秸秆所得糠醛得率为5.07%,预测值为5.08%,两者相差0.01%,模型拟合度好,重复性好;说明用此方法直接水解玉米秸秆制备糠醛是可行的。     

酸式盐催化玉米芯水解制取糠醛的工艺优化

针对工业生产中采用稀硫酸催化玉米芯水解制备糠醛存在催化剂毒性大、腐蚀及污染严重等问题,本研究尝试采用酸式盐催化玉米芯水解制备糠醛。通过单因素试验研究了催化剂种类、反应时间、反应温度对糠醛得率的影响。确定了制取糠醛的最佳工艺条件为硫酸氢钠作催化剂、反应时间90 min、反应温度190℃,此条件下糠醛的得率达39.91%。     

微波辐照玉米芯水解制取木糖的研究

考察了微波辐照水解玉米芯制备木糖的新工艺.通过单因素试验和正交试验,确定了最佳微波辐照反应条件,并与传统蒸煮法制木糖工艺进行了对比.试验结果表明:以1.25%硫酸为催化剂,固(玉米芯)液(水)比为1:15,在微波反应器内于:140℃水解15min,可获得高还原糖及木糖得率,分别为95.33%和71.48%,同时副产物糠醛的转化率为3.07%.通过对水解过程的动力学研究,表明在微波辐照下玉米芯中半纤维素转化为木糖的反应速率大于传统蒸煮法,验证并说明了微波处理所需时间更短,效率更高.     

填料型固体酸催化剂AAO/SBA-15-SO3H的制备及其在催化木糖制糠醛中的活性研究

以多孔阳极氧化铝(AAO)为基体,采用直接法和后合成法制备填料型固体酸催化剂AAO/SBA-15-SO3H。用红外光谱法分析催化剂制备过程中表面基团的变化,结果表明,两种方法制备的催化剂均含有质子酸中心-SO3H。SEM和TEM结果表明SBA-15在AAO介孔结构中呈柱状垂直基体生长。催化木糖脱水制糠醛实验表明直接法制备的催化剂具有较高的催化活性,木糖转化率可达90%以上,催化剂选择性达到74%。超声振动法表明直接法制备的填料型催化剂具有较好的机械附着稳定性,在40kHz频率下超声1h后催化剂质量减少不到5%。活性再生实验表明使用H2O2再生后催化剂活性能够基本恢复。     

碳基固体酸预处理结合酶解糖化玉米芯的研究

以自合成的木质素磺酸钠基固体酸（Sl-C-S-H₂O₂）为催化剂,并耦合纤维素酶实现玉米芯的两步水解建立糖平台。考察预处理条件对木糖收率的影响,最高木糖收率可达83.4％;在国产纤维素酶的作用下,48 h葡萄糖收率即可达92.6%,两步反应的总还原糖收率达88.1%。     

固体酸催化剂在生物柴油合成实验中的研究

针对生物柴油催化合成技术中，采用一般催化剂所存在的问题，自制了4种固体酸催化剂，测试了它们在以大豆酸化油为原料制备生物柴油反应中的催化活性及重复使用性，确定了合成生物柴油的工艺条件。     

响应面法优化海带酸水解预处理工艺

采用响应面法优化酸水解海带预处理的工艺条件。在对硫酸浓度、水解时间、底物浓度、水解温度4个因素进行单因素试验基础上,以还原糖得率为响应值,以Box-Behnken中心组合设计方法,建立预处理工艺参数的回归模型,利用软件Design-Expert 7.1.6作响应曲面分析,得出海带预处理理论最佳工艺参数;对理论参数进行了平行试验验证及校正,得到最优工艺参数:酸浓度为0.48 mol/L,底物浓度为8%,水解时间为43 min,水解温度为120℃,在此条件下还原糖得率为25.47%。通过验证可知,建立的数学模型能够较好地预测试验结果。     

玉米秸秆的渗滤式稀酸预处理

对玉米秸秆的渗滤式稀酸预处理进行了考察,通过对温度、酸浓度、渗滤速度、液固比等影响因素的实验分析,得到了优化的工艺条件:反应温度170℃,硫酸浓度0.25%,液固比为10:1,渗滤速度150mL/min,70%水解液排出后,渗滤速度降为100mL/min。水解液中木糖浓度达到22g/L,糖得率达到约80%。经过稀酸预处理后的玉米秸秆进行酶水解,纤维素转化率达到80%。     

生物质酸催化两步水解反应的研究

以松木木屑为原料,在自行设计的连续水解反应装置中进行稀硫酸催化连续水解的研究。通过正交试验法对木屑水解的反应条件进行优化,得到分别以木糖和葡萄糖为目标产物的较优工艺条件;以正交试验得到的工艺条件为基础,对木屑两步水解反应进行单因素分析,得到的最佳工艺分别为:反应温度170℃,反应时间5min,酸浓度1%,液固比7和反应温度190℃,反应时间7min,酸浓度3%,液固比9;通过分析半纤维素和纤维素的水解情况,探讨半纤维素水解对纤维素水解的促进作用机理。     

亚铁离子催化棉纤维常压两段酸水解研究

以脱脂棉作为纤维素模型物,以总还原糖得率为考察指标,在纤维素常压两段酸水解的基础上,对FeSO4·7H2O助催化剂进行了研究,对浓硫酸质量分数、酸固比(ml/g,下同)、预处理温度、预处理时间、水固比(质量比,下同)、助催化剂添加量6个水解条件进行分析。单因素试验表明,当浓硫酸质量分数为60%、预处理温度为60℃、预处理时间为3h、酸固比为12∶1、水固比为180∶1、助催化剂添加量为0.23%时,水解效果较好,总还原糖得率可达15.18%。与未添加催化剂的常压两段酸水解相比,添加催化剂后,Fe2+能够在一定程度上促进纤维素的水解,并能有效抑制葡萄糖的降解,总还原糖得率可提高将近30%。     

生物柴油的超声波辅助固体碱催化制备研究

以精制的山桐子油为原料,固体碱CaO-ZrO为催化剂,在超声波辅助下制备生物柴油。通过单因素实验探讨催化剂用量、醇油物质的量之比、反应温度、超声功率、超声频率、反应时间等因素对生物柴油得率的影响。在此基础上,选取超声功率、催化剂用量、醇油物质的量之比、反应时间4个因素通过正交试验确定最佳工艺条件,即超声功率500 W,催化剂用量3%,醇油物质的量之比10∶1,反应时间60 min。在最佳工艺条件下,生物柴油得率为98.2%,该催化剂具有较好的重复利用性能。     

微波促纤维素超稀酸水解研究

将微波加热方法应用于纤维素超稀酸水解。研究了在微波辐射及加压条件下纤维素的超稀酸水解机理,并对超稀硫酸和超稀马来酸的催化水解效果进行了对比研究,通过正交试验考查了固含量、酸浓度、反应压力、反应时间及微波功率对还原糖得率的影响。试验结果表明,对于纤维素超稀酸水解制备还原糖的转化,微波加热法可降低反应压力,缩短反应时间,提高水解液还原糖浓度;在优化工艺条件下,超稀马来酸的催化效果优于超稀硫酸。对纤维素水解残余物的红外分析表明,超稀硫酸和超稀马来酸催化水解残余物均保留了较好的纤维素特征。     

响应面法优化微波辅助固体酸催化合成生物柴油

制备了固体酸催化剂H2SO4/C,在微波外场辅助下催化蓖麻油与甲醇合成生物柴油(脂肪酸甲酯),结果显示,微波加热可有效地促进反应的进行。采用单因素法研究了微波加热下,反应温度、醇油物质的量比及反应时间对反应的影响,在此基础上采用响应面法对工艺条件进行优化,优化结果:反应温度为60.98℃,醇油物质的量比为25.39,反应时间为1.55 h时,甲酯收率达到81.76%。     

稀土固体超强酸SO42-/SnO2-CeO2催化合成生物柴油

以工业棕榈酸和甲醇为原料,采用溶胶-凝胶法制备稀土固体超强酸催化剂SO42-/SnO2-CeO2,催化合成生物柴油。考察了稀土氧化铈添加量、焙烧温度、焙烧时间、硫酸浓度、醇酸质量比、催化剂用量和反应时间对酯化反应的影响。结果表明,当氧化铈添加量为5%时,在2.0 mol/L硫酸浸渍后,于550℃下焙烧3 h制备的催化剂性能最好。正交试验结果表明,合成生物柴油的优化条件为醇酸质量比为15∶25,催化剂用量为棕榈酸质量的4%,反应时间为4 h,在此条件下,酯化率为95.4%。经GC-MS分析,酯产物主要为直链十六烷酸甲酯和10-十八碳烯酸甲酯。     

稀硫酸预处理玉米秸秆条件的优化研究

对稀硫酸预处理玉米秸秆优化工艺条件进行了试验研究,在考察温度、时间、稀硫酸质量分数、固液质量比和玉米秸秆粒度5个单因素对预处理效果影响的基础上,采用响应面分析法对预处理条件进行优化,建立了以戊糖得率为响应值的二次回归方程模型,得到最佳预处理条件为水解温度120℃,水解时间75 min,稀硫酸质量分数1.0%,固液质量比1∶15,玉米秸秆颗粒为40目。此条件下,理论预测戊糖得率为65.018%,试验验证戊糖得率为64.37%,与预测值接近,说明预测模型可靠性较高,可应用于稀酸预处理条件的优化。     

餐厨垃圾制备燃料乙醇二级催化水解反应的研究

餐厨垃圾的水解过程是餐厨垃圾制备燃料乙醇的关键步骤。研究采用两级催化水解技术,较好地解决了淀粉和纤维素协同、经济、高效水解糖化的难题,以餐厨垃圾为原料,研究复合催化剂、酸浓度、水解温度对水解效果的影响。结果表明,使用复合催化剂且浓度为0.5%H2SO4+0.01%助催化剂,在一级水解温度为120℃和二级水解温度为180℃时得到的水解效果较好。     

燃料乙醇制备中稀酸预处理棉花秸秆条件优化

为了高效利用棉花秸秆制备燃料乙醇,用稀酸法对棉花秸秆进行预处理。通过单因素试验和二次正交旋转组合设计分析,建立处理温度、时间、硫酸体积分数试验因素与木糖含量之间的回归模型,优化工艺条件。结果表明,回归模型高度显著,R2=0.9251,模型具有预测意义。各试验因素影响主次顺序为硫酸体积分数、处理时间、处理温度,稀酸预处理棉花秸秆的优化条件为处理温度133.5℃、时间2.0h、硫酸体积分数3.5%,此条件下滤液中木糖浓度达6.865g/L。通过对处理前后棉花秸秆纤维结构的SEM图观察,表明稀酸预处理可有效打破木质纤维素的结晶结构,降低木质素的束缚作用。