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离子液体中纤维素水解和果糖脱水反应的研究

作　者: 冯建萍
导　师: 刘民
学　校: 大连理工大学
专　业: 工业催化
关键词: 纤维素酸性离子液体葡萄糖果糖 Hβ HMF
分类号: TQ352.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文以离子液体为反应介质,酸性离子液体和Hβ沸石分子筛为催化剂,分别研究了纤维素水解制备葡萄糖和果糖脱水制备5-羟甲基糠醛(HMF)的影响因素,主要研究内容如下：(1)合成并表征了一系咪唑类和吡咯烷酮类酸性离子液体,以1-丁基-3-甲基咪唑氯化盐([BMIMHCl)为溶剂,考察了这些离子液体对纤维素水解制葡萄糖反应的催化效果。(2)以纤维二糖为模型化合物,考察了纤维二糖-葡萄糖体系的稳定性。后续分别考察了加水量、加水步骤、催化剂用量、反应温度和时间等因素对纤维素水解制葡萄糖反应的影响。结果表明,吡咯烷酮类酸性离子液体是比咪唑类酸性离子液体更优良的促进纤维素水解的催化剂；采用1-甲基-2-吡咯烷酮甲基磺酸盐([HNMP]CH3SO3)酸性离子液体为催化剂时,在110℃下,当催化剂：纤维素中包含的葡萄糖单元：水的摩尔比为1：3：210,加水方式为40min内,每隔10min加1次,分5次加完时,反应2h后,葡萄糖的收率可达68%。(3)采用不同浓度的硝酸、柠檬酸和磷酸二氢铵溶液改性Hβ沸石分子筛,并应用FT-IR表征改性后的Hβ沸石分子筛。(4)考察了不同离子液体、Hβ用量及反应温度对果糖脱水制HMF的影响。后续又以1-乙基-3-甲基咪唑溴化盐([EMIM]Br)为溶剂,改性后Hβ沸石分子筛为催化剂,开展了果糖脱水制HMF的研究。结果表明,在同一反应条件下,离子液体[BMIM]C)比[EMIM]Br具有更好的催化果糖脱水的性能；分析改性后的Hβ沸石分子筛的吡啶脱附红外光谱和其对果糖脱水反应的催化效果,可以发现Hβ上L酸中心在果糖脱水反应中起主导作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
引言  9-10
1 文献综述  10-27
  1.1 绿色化学  10-11
  1.2 离子液体的概述  11-14
    1.2.1 离子液体的定义及特性  11-12
    1.2.2 离子液体的发展历史  12
    1.2.3 离子液体的结构  12-13
    1.2.4 离子液体的制备方法  13-14
  1.3 生物质概述  14-16
    1.3.1 生物质  14
    1.3.2 生物质能  14-15
    1.3.3 生物质的转化利用  15-16
  1.4 纤维素  16-24
    1.4.1 纤维素的结构  16-17
    1.4.2 传统的纤维素溶剂体系  17-19
    1.4.3 纤维素在离子液体中的溶解  19-20
    1.4.4 纤维素的转化  20-21
    1.4.5 纤维素的水解糖化  21-24
  1.5 5-羟甲基糠醛的研究进展  24-26
    1.5.1 5-羟甲基糠醛  24-25
    1.5.2 果糖脱水制备5-羟甲基糠醛研究现状  25-26
  1.6 课题选择意义  26-27
2 酸性离子液体的制备和表征  27-35
  2.1 酸性离子液体的制备  27-28
    2.1.1 试剂与仪器  27
    2.1.2 酸性离子液体的制备方法  27-28
  2.2 酸性离子液体的表征  28-29
  2.3 结果与讨论  29-34
    2.3.1 酸性离子液体的核磁共振谱图  29-31
    2.3.2 离子液体的酸性测定  31-34
  2.4 本章小结  34-35
3 吡咯烷酮酸性离子液体催化纤维素水解  35-47
  3.1 实验部分  35-39
    3.1.1 试剂与仪器  35
    3.1.2 不同酸性离子液体催化纤维素水解  35-36
    3.1.3 纤维二糖-葡萄糖体系稳定性的考察  36
    3.1.4 产物分析方法  36-39
  3.2 结果与讨论  39-46
    3.2.1 酸性离子液体的筛选  39-40
    3.2.2 加水量对纤维二糖-葡萄糖体系稳定性的影响  40-42
    3.2.3 不同加水量对纤维素水解的影响  42-43
    3.2.4 反应温度对纤维素水解反应的影响  43-44
    3.2.5 不同反应温度组合对纤维素水解反应的影响  44-45
    3.2.6 不同催化剂用量对纤维素水解反应的影响  45-46
  3.3 本章小结  46-47
4 改性Hβ沸石分子筛  47-52
  4.1 实验部分  47-48
    4.1.1 试剂与仪器  47
    4.1.2 Hβ沸石分子筛的改性方法  47-48
  4.2 改性Hβ沸石分子筛的表征  48
  4.3 结果与讨论  48-51
    4.3.1 改性Hβ沸石分子筛的吡啶红外光谱图(Py-IR)  48-51
  4.4 本章小结  51-52
5 Hβ及改性沸石分子筛催化果糖脱水制HMF  52-62
  5.1 实验部分  52-54
    5.1.1 试剂与仪器  52
    5.1.2 不同离子液体催化果糖脱水制备HMF  52
    5.1.3 [EMIM]Br离子液体中Hβ及改性沸石分子筛催化果糖脱水制HMF  52-53
    5.1.4 产物分析方法  53-54
  5.2 结果与讨论  54-61
    5.2.1 不同离子液体催化果糖脱水制备HMF  54-55
    5.2.2 不同Hβ用量对果糖脱水制HMF的影响  55-56
    5.2.3 不同反应温度对果糖脱水制HMF的影响  56-58
    5.2.4. 不同浓度硝酸酸洗Hβ对果糖脱水制HMF的影响  58-59
    5.2.5 不同浓度柠檬酸酸洗  59-60
    5.2.6 不同浓度磷改性Hβ对果糖转化反应的影响  60-61
  5.3 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-67
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  67-68
致谢  68-69

离子液体中纤维素水解和果糖脱水反应的研究

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