纤维素碳基固体酸催化纤维素水解制乳酸

以纤维素为原料通过磺化制备碳基固体酸催化剂催化纤维素水解制乳酸的过程,制备了绿色环保的纤维素碳基固体酸催化剂(CCS),所制备的CCS催化剂中含有大量-COOH,酚羟基和-SO_3H并且表现出良好的催化活性。使用不同的方法表征了CCS催化剂,例如BET、TGA、SEM、FT-IR。本课题解释了催化剂相关的结构性能,分析了催化纤维素水解的机理,简述了催化剂活性的评价方法及水解反应的影响因素。     

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。     

纤维素在NaOH/硫脲/尿素水溶液中的流变性能研究

采用新型碱复合溶剂NaOH/硫脲/尿素水溶液作为溶剂溶解纤维素,对纤维素溶液的流变性能进行探索,从而为纤维素/NaOH/硫脲/尿素溶液纺丝提供理论依据。研究结果表明,纤维素溶液表现出非牛顿流体的性质,溶液的粘流活化能随纤维素质量分数以及剪切速率的不同而有所差异,纤维素溶液的结构黏度指数随着温度的升高、纤维素质量分数的增大而增大。5~25℃是所测的纤维素溶液纺丝的适宜温度范围,随着温度的升高,凝胶点开始出现,且凝胶点随着温度的升高向高频率的方向移动。随着纤维素质量分数的增大,纤维素溶液凝胶温度降低。     

固体酸催化纤维素水解转化葡萄糖的研究进展

固体酸催化剂具有很好的重复使用性以及产物易于分离的特点,近年来在纤维素降解转化葡萄糖的研究中得到越来越多的关注。这篇综述总结了不同类型的固体酸在水解纤维素上的研究进展,如金属氧化物、高分子聚合物固体酸、磺化的碳基固体酸、杂多酸、氢型分子筛、磁性固体酸、负载型金属氧化物以及固体超强酸和石墨烯衍生物等。分析了固体酸催化剂存在的问题如与纤维素接触困难、活性组分容易损失等。另外指出酸强度、酸密度、底物的吸附性以及固体材料上的微孔都是纤维素水解的一些关键因素。同时对一些提高纤维素水解效率的方法如纤维素的预处理、离子液体的使用以及微波照射等也进行了讨论。此外,对于纤维素降解转化葡萄糖的一些更加绿色、简单、有效以及低成本的有价值的策略如仿酶催化进行了讨论。     

NaOH/硫脲/尿素预处理对棉纤维TEMPO选择性氧化的影响

采用NaOH/硫脲/尿素体系对棉纤维进行预处理,再进行选择性氧化,可以有效提高氧化棉纤维的羧基生成量。对比研究预处理棉纤维与普通棉纤维经2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)选择性氧化后的羧基含量、纤维形态以及黏度。结果表明,经NaOH/硫脲/尿素体系预处理能够加快氧化反应速率,增加羧基生成量,但对纤维有一定的损伤。其中,羧基生成量随着纤维质量分数的增加呈先增加后减少的趋势,当纤维素质量分数为6%时,羧基生成量最大,棉纤维的可及度和反应性提高。纤维形态分析表明,经NaOH/硫脲/尿素体系预处理的棉纤维润胀溶解程度要大于未预处理的氧化棉纤维;在TEMPO的氧化条件下,氧化棉纤维的相对黏度随着纤维素质量分数增加而增加;当纤维素质量分数较高时,氧化过程中氧化棉纤维的羧基生成量和降解程度都近似于原纤维。     

预处理蔗渣纤维素水解糖化研究

采用两段稀酸水解法对用质量分数为5%氢氧化钠溶液预处理后的蔗渣进行了水解糖化研究,考察了液固比、硫酸体积分数、反应时间及催化剂硫酸亚铁对葡萄糖得率及纤维素水解率的影响。结果表明:第一段主要是半纤维素水解,以及少量纤维素水解,最优条件为液固比10 mL/g,硫酸体积分数3%,在121℃下反应3 h,葡萄糖得率为22.16%,纤维素水解率为25.98%;对残渣继续第二段水解,最优条件为液固比8 mL/g,硫酸体积分数为8%,硫酸亚铁质量分数1%,在121℃下反应5.5 h,葡萄糖得率为41.05%,纤维素水解率为56.36%;采用两段稀酸水解法水解蔗渣,葡萄糖总得率为52.68%,纤维素总水解率为67.70%。     

NaOH溶液预处理结合超声制备微纤化纤维素的研究

应用Na OH溶液与超声处理进行微纤化纤维素的制备研究。粒径分析表明,Na OH溶液造成纤维素有限溶胀和溶解,后续超声处理后的纤维素粒径指标D_([4,3])和D_([3,2])明显减小。电镜观察发现,超声空化作用促使纤维素微纤束直径和长度减小;经过化学预处理(10%Na OH,70℃,1h)和超声作用,比单一超声处理时纤维素微纤束直径尺寸缩减更加明显。电镜观察结果说明Na OH溶液预处理造成纤维素溶胀和解离,而超声空化强化了纤维素微纤束的剥离与分解。单一超声处理(200 W,15 min)不改变纤维素的结晶度和热稳定性。10%Na OH溶液预处理(70℃,1 h)和超声处理(200 W,15 min)后,纤维素的结晶度下降,但热稳定性几乎不发生变化。     

酸催化水解蔗糖制取乙酰丙酸

以蔗糖为原料,在H2SO4催化下制备乙酰丙酸,主要考察了反应时间、反应温度、蔗糖浓度、H2SO4浓度对乙酰丙酸产率的影响。实验结果表明,反应时间60min,反应温度110℃,蔗糖浓度0.4mol/L,H2SO4浓度3.5mol/L条件下乙酰丙酸的产率最高。     

NaOH/urea预处理对棉纤维乙酰化的影响

以废旧棉纤维为原料,对其用NaOH/urea水溶液进行预处理,探讨了NaOH/urea预处理对棉纤维乙酰化的影响规律。NaOH/urea水溶液可使棉纤维表面发生显著变化,表面粗糙,呈絮状;使纤维素晶型发生变化,并且结晶度下降。研究分析表明,与原棉的乙酰化相比,经过NaOH/urea预处理后的棉纤维乙酰化时间更短,产量增多,取代度也明显提高。制备的醋酸纤维素与市售醋酸纤维素的各项性能接近,具有优异的应用价值。最利于棉纤维乙酰化的预处理条件为:反应温度为-15℃,NaOH/urea(质量分数)为7∶12,固液比为2∶50 g/mL。以醋酸纤维素为原料,氧化锌为改性剂,静电纺丝的醋酸纤维膜在紫外灯光照24 h后,亚甲基蓝溶液颜色的降解率均可达到99%以上,达到自清洁目的。     

NaOH/urea预处理对棉纤维乙酰化的影响

以废旧棉纤维为原料,对其用NaOH/urea水溶液进行预处理,探讨了NaOH/urea预处理对棉纤维乙酰化的影响规律.NaOH/urea水溶液可使棉纤维表面发生显著变化,表面粗糙,呈絮状;使纤维素晶型发生变化,并且结晶度下降.研究分析表明,与原棉的乙酰化相比,经过NaOH/urea预处理后的棉纤维乙酰化时间更短,产量增...     

NaOH/尿素冷冻活化木材纤维的工艺研究

利用NaOH/尿素混合水溶液在冷冻条件下对木材纤维进行活化处理,通过无胶胶合压制纤维板的力学性能测试、傅里叶变换红外光谱以及X射线衍射分析表征了木材纤维的冷冻活化效果。结果表明：冷冻条件下NaOH/尿素的混合水溶液对木材纤维具有一定的活化效果,优选的活化工艺为NaOH和尿素的总质量（NaOH与尿素质量比为7：12）与木材纤维质量比为1：12,冷冻温度-15℃,冷冻时间1.0 h,木材纤维含水率20%。木材纤维经NaOH/尿素混合水溶液冷冻活化后,所得无胶胶合板材的静曲强度和内结合强度分别由未处理的32.16和0.29 MPa提高至45.53和1.21 MPa,吸水率和厚度膨胀率由未处理的53.95%和22.57%降低至43.62%和10.34%。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射表征发现,NaOH/尿素混合水溶液的冷冻活化破坏了木材纤维中纤维素的氢键结构,促使了纤维素I型晶格扩张,产生了新的结晶变体,使分子缔合程度变小,木材纤维表面的羟基活性增强。     

铌酸催化水解葡萄糖的研究

研究了铌酸催化水解葡萄糖溶液的反应,考察了不同热处理温度对铌酸催化剂活性的影响。研究发现,当热处理温度为400 ℃时,此类催化剂对葡萄糖催化水解生成乙酰丙酸（LA）的活性和选择性较好。对不同制备方法得到的铌酸催化剂活性进行比较,结果表明,直接水洗法制备得到的铌酸较有利于LA的生成。对用磷酸处理的铌酸催化剂进行考察发现,对于本反应体系,催化剂酸性的增加反而使活性下降。用XRD对催化剂的结构表征结果表明,催化剂活性与其表面是否结晶无明显关系。     

酸催化蔗糖水解的动力学研究

利用旋光度与蔗糖反应体系浓度的关联,研究了盐酸、硫酸、磷酸、醋酸等不同酸催化剂以及不同浓度的盐酸在不同温度下对蔗糖水解反应速率的影响。结果表明,不同酸催化剂对蔗糖水解起催化作用的是氢离子;[H]+从3 mol/L变化到4 mol/L时,蔗糖水解反应从一级反应近似转变为二级反应;催化剂降低了反应的活化能,加快了反应速率;酸催化蔗糖水解最佳条件是盐酸,浓度为3 mol/L,反应温度为45℃。     

木质纤维素甲酸预处理及其组分分离

以玉米芯为研究对象,提出了常压中温条件下甲酸预处理木质纤维素组分分离的工艺. 在该体系中半纤维素迅速发生水解,大部分木质素被溶解,而纤维素基本不发生水解,经固液分离和甲酸回收实现了玉米芯全组分分离. 考察了预处理温度、时间和甲酸浓度对玉米芯各组分分离效果及水解产物(可溶性糖)含量的影响规律,结果表明,随着反应的进行,甲酸溶液中可溶性糖和木质素量先迅速增大,随后趋于平衡;在50~75℃间对各组分分离的影响不明显. 综合考虑分离效果和成本,选择最佳反应温度为60℃,处理时间为3 h,甲酸浓度为88%(w). 在该条件下,纤维素、半纤维素和木质素回收率分别可达91.4%, 88.5%和63.7%.     

纤维素水解的研究进展

纤维素类物质制燃料乙醇有着十分重要的意义,但其水解较为困难,因而在一定程度上限制了其发展。介绍了燃料乙醇的发展现状和目前存在的各种水解方法并分析了其优缺点,重点介绍了目前较常使用的稀酸水解法。     

甘蔗渣的酸催化常压甘油有机溶剂预处理及其酶解

预处理可以打破木质纤维素原料纤维素、半纤维素和木质素三大组分间的顽抗结构,从而提升纤维素基质可酶解性。本文针对目前常压甘油有机溶剂预处理花费时间过长的问题,尝试开展酸催化的常压甘油有机溶剂预处理研究以缩短预处理时间。实验通过单因素选择和响应面Box-Behnken设计优化,获得酸催化常压甘油有机溶剂预处理的最佳条件为：预处理温度245℃,预处理时间38min,硫酸添加质量0.1%。在此条件下获得基质48h酶解率的响应面预测值为94.0%,实际值为91.4%。结果表明响应面优化方案和回归模型适用于本实验,预处理显著提高了基质可酶解性。高浓度基质（15%～20%）酶解进一步证明了预处理后基质具有突出的可酶解性,20%浓度基质在酶载量5FPU/g干基质条件下批次酶解72h,酶解率达60%,葡萄糖浓度达83.4g/L。酸催化常压甘油有机溶剂酸预处理在明显缩短预处理时间的同时,能显著提高木质纤维素基质可酶解性,使后续工业化意义的浓醪酶解糖化成为可能。     

稀酸催化小麦秸秆分步水解研究

利用农作物秸秆水解产物酿造酒精是发展可再生能源的一条重要途径,促进秸秆组分中半纤维素和纤维素的高效、低成本水解转化是实现这一途径的关键和瓶颈。以小麦秸秆为原料,稀硫酸为催化剂,研究了秸秆组分中半纤维素和纤维素的分步水解工艺,通过正交试验优化了酸浓度、原料固含量、反应时间和反应温度等工艺条件,在优化的分步水解工艺条件下原料转化充分,还原糖得率较高。     

铈改性固体酸催化玉米芯水解研究

采用共沉淀法制备了两种固体超强酸催化剂,利用催化玉米芯水解制备单糖的反应评价了催化剂活性,研究了催化剂用量、反应温度、反应时间等条件对催化反应的影响。研究表明,铈改性固体酸催化剂性能要优于未改性的催化剂。     

酸催化水解阿拉伯胶制备L-阿拉伯糖工艺

阿拉伯胶是提取制备L-阿拉伯糖的理想原料,对阿拉伯胶进行酸催化水解可获得含L-阿拉伯糖、D-半乳糖、L-鼠李糖的反应液,优化酸水解条件使水解液中L-阿拉伯糖的含量和收率均达到最佳水平,是保证后续分离纯化工艺稳定性及产品品质的关键。利用单因素实验考察了反应时间、酸浓度、反应温度、固液比等因素对水解工艺的影响,获得了影响酸水解反应的关键因素及适宜的水解条件。结果表明:温度对L-阿拉伯糖的生成速率有明显影响。经优化,当固液比为1:10 (g/ml)、100℃、0.1 mol·L^-1 H₂SO₄水解90 min或90℃、0.1 mol·L^-1 H₂SO₄水解200 min,水解液中L-阿拉伯糖的相对纯度分别达85%和87%,水解收率高达85%。