NaOH冷冻-HCl再生预处理辅助碳基固体酸水解纤维素研究

本研究以提高纤维素转化率和还原糖得率为目标,以玉米秸秆制备的碳基固体酸为催化剂,采用Na OH冷冻-HCl再生为预处理方法,考察了预处理过程中Na OH浓度及纤维素水解过程中水解温度和水解时间对纤维素水解效果的影响。结果表明,在水解温度180℃、水解时间3h、纤维素0.15g、催化剂用量0.45g的条件下,纤维素水解还原糖得率38.78%,纤维素的转化率45.6%,与相同工艺条件下未经预处理的纤维素相比,还原糖得率及纤维素转化率分别提高了30.88%和31.1%,说明Na OH冷冻-HCl再生处理纤维素能够辅助提高碳基固体酸催化水解纤维素的效率。     

碳基固体酸的制备与应用研究进展

碳基固体酸材料具有制备简单、热稳定性好、质子酸性强、催化活性高等优点,已成为国内外固体酸催化剂研究的热点。本文综述了碳基固体酸的制备方法及其应用,不同制备条件对碳基固体酸酸性的影响。     

多孔秸秆碳磺酸催化纤维素水解研究

以玉米秸秆为原料、NaOH为造孔剂,采用碳化-活化制备多孔秸秆碳磺酸(PSCSA),用于纤维素的水解。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、N₂吸脱附分析(BET)、扫描电子显微镜(SEM)等对PSCSA进行表征分析,表明PSCSA为不定形碳结构并有部分微弱的石墨结晶,含有羟基(-OH)、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO₃H),且表面为多孔形貌。在多孔秸秆碳磺酸添加量为2.5g·g^-1(纤维素)、底物纤维素浓度为3mg·m L^-1、190℃水解1h的条件下,多孔秸秆碳磺酸催化纤维素水解还原糖得率可达60.61%。     

磁性碳基固体磺酸催化剂的制备及其催化性能研究

以自制纳米四氧化三铁、葡萄糖、发烟硫酸为原料,采用水热合成法制得了具有磁性的碳基固体磺酸催化剂.利用SEM、FTIR、VSM和TG等手段对催化剂进行了表征,评价了催化剂用于纤维素水解的催化活性.结果表明：在最佳炭化温度160℃、最佳磺化温度70℃下制备的催化剂的表面酸量达1.43 mmol·g-1,纤维素水解中的总还原糖（TRS）产率和葡萄糖产率分别达到48.2％和27.6％;且催化剂具有强磁性,可实现与产物的快速分离.     

磺化碳固体酸催化剂的制备及其催化性能的研究

以微晶纤维素(MCC)为原料制备了碳基磺酸化固体酸催化剂,用该磺化碳固体酸MCC进行糖化水解,考察其催化水解微晶纤维素的最优条件及碳化温度对催化剂催化活性的影响,并对其重复使用性及再生进行了研究。结果表明,反应温度180℃、反应时间6 h、催化剂用量0.15 g为最佳反应条件,最高糖产率为68.71%;400℃为最佳碳化温度。催化剂重复使用后,由于表面磺酸基团的脱落其活性有所下降,可以通过再磺化得到恢复。     

一种新型硫掺杂碳基固体酸的制备及应用

以纤维素和升华硫为原料进行共碳化得到硫碳材料,含有噻吩、亚砜、二硫化物等多种硫存在形式,将这种碳载体在双氧水-冰醋酸体系中氧化制备碳基固体酸催化剂。这种催化剂不仅含有磺酸基,还增加了砜基并保留了载体中原有的硫存在形式。将所制备的碳基固体酸催化剂用于纤维素水解反应,以还原糖的产率为考察指标评价其催化性能,并探究了碳基固体酸的最佳水解条件以及重复利用性。     

不同基质碳基固体酸催化剂制备及其催化酯化性能

分别以葡萄糖、蔗糖和淀粉为基质,对甲苯磺酸为磺酸基来源,采用一步碳化法制得3种碳基固体酸催化剂。用透射电子显微镜(TEM)、多点BET(Brunauer-Emmett-Teller)法(BET)、X射线衍射法(XRD)、红外光谱、元素分析和热重分析等对催化剂进行了表征,并以新型双子表面活性剂1,4-丁二醇双琥珀酸聚醚(3)正辛基混合双酯磺酸钠合成中的双酯化反应Ⅱ为探针,比较了三者的催化活性及重复性。结果表明:三种催化剂均为层状和片状的无定形碳架结构,葡萄糖基质碳基固体酸催化剂上磺酸基团含量最高,在制备工艺下均有较好的热稳定性;三者重复性均较好,其中葡萄糖基质碳基固体酸催化剂对于探针反应的催化酯化活性最好。     

基于固体酸的纤维素非均相催化糖化的研究进展

作为纤维素水解产物,葡萄糖可进一步反应产生果糖、山梨醇、糠醛、乙酰丙酸等重要能源物质和基础平台化合物,因此高效催化纤维素定向转化为葡萄糖对获得高附加值化学品具有重要意义。本文从催化剂的物理化学结构与催化性能之间相互影响关系的角度,综述了磺化固体酸、氢型沸石、金属氧化物、负载金属和杂多酸5种主要非均相催化剂近年来的研究进展及未来的发展方向,分析得出以上催化剂具备易于与水解产物分离、高回收率、稳定的催化活性以及环境友好等明显优势,但仍存在与纤维素接触困难、活性组分容易损失等问题,指出通过引入活性官能团使催化剂兼有纤维素吸附、溶解和水解能力及利用官能团内部作用或固载使催化剂减少组分损失是纤维素非均相催化剂的发展方向。     

绿豆碳基固体酸催化剂的制备及其活性研究

以绿豆为原料,采用碳化-磺化法制备了一种新型碳基固体酸催化剂,对其理化特性进行了表征,并考察了其催化油酸甲酯化活性。研究表明,催化剂中硫元素含量为8.671%,傅里叶红外转换光谱验证了磺酸基功能团的存在。研究表明,较适宜的碳化时间为15 min,碳化温度为350℃,磺酸化时间为1 h,磺酸化温度为80℃。催化剂重复利用5次后及催化活性再生后再重复利用5次,催化转化率依然维持在68%左右。微波可以辅助催化油酸甲酯化反应的进行,微波功率为400 W,温度为65℃时,油酸甲酯化的转化率高达87%左右。总体而言,研究中自制绿豆碳基固体酸催化剂是一种性能稳定、绿色环保的固体酸催化剂,可在微波辅助固体酸法制备生物柴油的工业化生产中推广应用。     

生物质碳磺酸的制备及其催化水解纤维素性能

对炭化温度、磺化条件以及不同碳源等因素对生物质碳磺酸的酸量、表面结构及催化纤维素水解活性的影响进行了系统研究,并采用XRD、BET、 FT-IR和SEM等对碳磺酸的微观特征进行了分析,发现合适的炭化温度和炭化程度是制备高酸量碳磺酸的关键,在相同的炭化和磺化条件下,用不同生物质碳源制备得到碳磺酸的酸量接近,微观结构不同对纤维素水解催化活性有一定影响。在本文研究的几种碳磺酸中,具有蜂窝大孔结构的竹炭碳磺酸呈现比较突出的催化活性。将竹粉在400℃炭化3 h,然后在180℃下磺化8 h,得到竹炭碳磺酸的总酸量和磺酸量分别可达5.34和1.25 mmol·g^-1。     

竹炭碳磺酸的制备及其催化性能

以富含纤维素的天然竹粉为原料,通过硫酸浸渍,炭化和磺化的过程,制备竹炭碳磺酸并将其应用于纤维素水解反应。首先对改性前后的竹粉及其主要成分进行热重分析,发现硫酸能打破竹粉组分之间部分原有的化学键,促进竹粉的热解过程,使竹粉在低温下进行热解与炭化。然后系统地研究浸渍比例、浸渍液浓度、炭化温度和磺化温度等因素对催化剂活性的影响,得到催化剂最优制备条件。最后采用XRD、BET、FT-IR和SEM等方法对竹炭碳磺酸进行表征,结果表明通过合理调控温度能使竹炭磺酸具有良好的孔结构和较高的磺酸量,且磺酸量可能和芳香碳环上的活泼氢数目有关。     

碳基固体酸催化剂的合成及其催化酯化性能

以桃核壳为原料合成了碳基固体酸催化剂。利用乙醇和乙酸的酯化反应为模型反应,考察了不同碳化温度、磺化温度和磺化时间对催化剂活性的影响。 用TG分析催化剂的热稳定性,用SEM及搭载的能谱分析仪EDS考察了催化剂的外貌特征和表面元素分布。结果表明,在300 ℃碳化和98 ℃磺化4.5 h所得的催化剂活性最高,每克碳基固体酸催化剂负载的磺酸基团为2.1 mmol。在反应时间5 h、反应温度70 ℃、催化剂用量为冰乙酸和乙醇混合物总质量的2%和醇酸物质的量比为1.5∶1时,冰醋酸转化率为70.84%。     

微晶纤维素超临界水解糖化的研究

于420℃的盐浴温度下,在80 g水中分别加入1～5 g的微晶纤维素,进行了纤维素超临界水解产糖的研究.结果表明随着固液比的增大,还原糖和己糖含量均升高,但液化率下降,最大还原糖质量浓度为13.05 g/L,对应的己糖质量浓度为7.12 g/L,液化率50.6%,己糖产率为11.4%,电镜图片显示水解残渣的表面有大量的孔洞,同时形成了大量的球状颗粒.     

炭基固体磺酸催化剂的制备及其催化活性研究

以竹材为原料,硫酸为磺化剂,通过炭化-磺化法制得竹炭基固体磺酸催化剂,并用于癸二酸和正丁醇的酯化反应,考察了制备条件对催化剂活性的影响.采用傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜仪（SEM）及热失重分析（TGA）等手段对催化剂进行表征.结果表明,在炭化温度325℃下炭化1h,磺化温度125℃下磺化1h制得的催化剂,其含酸量可达到1.4 mmol/g,在催化癸二酸和正丁醇的酯化反应中,转化率高达99％,此时催化剂的催化活性最高,且催化剂可循环多次利用.此竹炭基固体磺酸催化剂具有无定形炭结构,热稳定性可达230℃.     

基于间苯三酚的磺化碳基固体酸催化剂的制备及其催化油酸甲酯的合成

采用间苯三酚与对苯二甲醛缩聚得到的树脂为碳前驱体,分别以1,4-二氧六环与去离子水为溶剂,以溶剂热和水热法、氯磺酸为磺化试剂制备两种磺化碳基固体酸催化剂。SEM、XPS和TGA等分析表明,以1,4-二氧六环为溶剂合成的TP-A-S催化剂为形貌规整、高酸密度、良好稳定性的球形,并表现出良好的催化性能。将其用于油酸与甲醇的酯化反应,最适宜的条件为:醇油物质的量比10∶1,催化剂用量占原料总质量的2.0%,反应温度70℃,反应时间4h,油酸最高转化率达98.3%。且催化剂循环使用5次后,油酸转化率仍达84.4%。将制备的TP-A-S催化剂用于长链游离脂肪酸与甲醇的酯化反应,转化率高于90%,表现出良好的催化效果。     

碳基固体酸催化剂的制备及催化合成油酸甲酯

以蔗糖和对甲基苯磺酸混合物为原料,采用水热法一步合成了碳基固体酸催化剂,用于催化油酸和甲醇酯化合成油酸甲酯。考察了催化剂用量、原料配比、反应时间及催化剂重复使用性等对酯化率的影响。结果表明,适宜反应条件为:催化剂用量为油酸质量的3.54%,醇酸摩尔比6∶1,反应时间7 h,酯化率可达94.96%。该催化剂尚具有一定的重复使用性。     

超声波-微波辅助柠檬酸催化纤维素水解条件

以柠檬酸为催化剂,采用超声波-微波相结合的辅助手法对自制稻草纤维素进行了水解研究。以还原糖得率为指标,在单因素试验的基础上,通过3因素3水平的正交试验考察了酸浓度、超声波处理时间和微波加热时间对指标的影响。对实验结果进行了极差分析和方差分析,结果表明,最佳反应条件为：柠檬酸浓度20%、超声波处理90 min、微波500 W加热30 min,此时还原糖得率最高,达64.46%。对稻草纤维素原料和水解残渣进行了红外表征,结果显示,水解残渣仍以纤维素的形式存在,可重新水解,提高原料利用率。