纖維素催化轉(zhuǎn)化制備多元醇和5

《纖維素催化轉(zhuǎn)化制備多元醇和5》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。

1、纖維素催化轉(zhuǎn)化制備多元醇和5-羥甲基糠醛姓名：王靜學(xué)號(hào)：2011207259班級(jí)：工藝二班開(kāi)題：煤炭、石油和天然氣是支撐人類社會(huì)生活生存和發(fā)展的重要能源支柱。隨著1973年由于石油短缺引發(fā)的能源危機(jī)以及近期國(guó)際石油價(jià)格大幅上漲，已經(jīng)讓我們認(rèn)識(shí)到能源并不是取之不盡用之不竭的。同時(shí)因化石能源的過(guò)度消耗帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題也使得社會(huì)發(fā)展面臨著巨大的壓力。在化石能源日益匾乏，環(huán)境保護(hù)彰顯重要的形勢(shì)下，如何發(fā)展新能源己經(jīng)成為各國(guó)政府、專家、學(xué)者共同關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。正是在這一形勢(shì)下，人們開(kāi)始關(guān)注生物質(zhì)能源。多元醇包括山梨醇、木糖

2、醇、甘露醇、麥芽糖醇、甘油和乙二醇等CZ一C6的多輕基化合物。傳統(tǒng)的多元醇制備原料多源于石油和天然氣等資源，但隨著石油、天然氣等資源的日漸短缺和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，且相當(dāng)一部分可再生的生物質(zhì)資源可以用來(lái)制備多元醇，使得生物質(zhì)多元醇的研究越來(lái)越多地受到人們的關(guān)注。在最初階段，多元醇多用于食品和醫(yī)藥等行業(yè)，隨著人們對(duì)多元醇的逐步重視和工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，多元醇現(xiàn)在己廣泛應(yīng)用于制備聚氨醋材料、烷烴、氫氣、燃油以及化工中間體等領(lǐng)域上，成為新一代的能源平臺(tái)。2004年，美國(guó)能源部在一份報(bào)告中將甘油和山梨醇等多元醇列為在未來(lái)生物質(zhì)

3、開(kāi)發(fā)過(guò)程中最為重要的12種“buildingblock”分子，可見(jiàn)從纖維素出發(fā)制備多元醇的意義非常重大。2006年，F(xiàn)ukuoka等人利用固體酸(Y一A12o3或A一203一5102等)擔(dān)載金屬Pt或者Ru為催化劑，在水相中463K實(shí)現(xiàn)了纖維素的催化轉(zhuǎn)化。在Pt/A12O3雙功能催化劑上轉(zhuǎn)化纖維素生產(chǎn)30%產(chǎn)率的六碳醇。采用環(huán)境友好的固體酸來(lái)替代傳統(tǒng)的液體酸，同樣可以實(shí)現(xiàn)糖普鍵水解以及金屬催化劑的加氫，但在產(chǎn)物分離以及催化劑的循環(huán)利用上已經(jīng)取得了很大改善，其采用的不同固體酸的催化反應(yīng)北京大學(xué)劉海超教授等人發(fā)展了利用

4、高溫水原位產(chǎn)生的酸催化纖維素水解同時(shí)結(jié)合Ru/C催化劑催化氫化葡萄糖一步法生產(chǎn)碳六多元醇的過(guò)程。該反應(yīng)過(guò)程在5l8K下六碳多元醇的產(chǎn)率能達(dá)到23.2%，而且高溫水原位產(chǎn)生的酸在低溫時(shí)消失對(duì)環(huán)境友好，成本低，無(wú)污染。Ru/C催化劑在這個(gè)反應(yīng)過(guò)程中的催化活性要超過(guò)Pt/A1203，因?yàn)橄啾萈t，Ru是更好的C=0雙鍵氫化催化劑。，反應(yīng)過(guò)程分為兩部分，首先，纖維素在高溫水原位產(chǎn)生的酸催化下水解成葡萄糖，葡萄糖在Ru/C的繼續(xù)作用下，直接加氫還原生成碳六多元醇。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的張濤教授研究組進(jìn)一步改善了纖維素

5、的水解體系，在518K，采用添加Ni的活性炭作為載體擔(dān)載WZC，高效的實(shí)現(xiàn)了纖維素的催化轉(zhuǎn)化，產(chǎn)物乙二醇的選擇性高達(dá)70%以上，反應(yīng)后催化劑可多次循環(huán)使用而且仍然保持著很高的活性。WZC是類Pt的催化物質(zhì)，而在在C一C鍵斷裂過(guò)程中有很好的促進(jìn)作用。從纖維素出發(fā)，經(jīng)Ni一WZC/AC體系催化，最后轉(zhuǎn)化為乙二醇的反應(yīng)過(guò)程與纖維素水解生成六碳醇的過(guò)程相似，首先都是纖維素水解生成單糖(葡萄糖)，接下來(lái)單糖在催化劑的催化作用下轉(zhuǎn)化為乙二醇。此反應(yīng)過(guò)程脫離了貴金屬的使用，效率非常之高，是真正有望實(shí)現(xiàn)纖維素轉(zhuǎn)化工業(yè)化進(jìn)程的途徑。

6、二．實(shí)驗(yàn)部分：由于對(duì)實(shí)驗(yàn)課題的了解不充分，既然本次作業(yè)的要求是分析測(cè)試儀器在催化劑及產(chǎn)物表征中的應(yīng)用，所以下面所提到的纖維素水解，本可提是在借鑒師兄給一篇的博士論文的基礎(chǔ)上完成的。與試驗(yàn)室的課題基本上一致。在整個(gè)的分析測(cè)試過(guò)程中用到的儀器包括SEM、XRD、TEM、化學(xué)吸附儀、HPLC-MS等，下面就其基本原理及應(yīng)用做如下的介紹：1、掃描電子顯微鏡（SEM）掃描電子顯微鏡的簡(jiǎn)稱為掃描電鏡，英文縮寫(xiě)為SEM（ScanningElectronMicroscope）。SEM與電子探針（EPMA）功能和結(jié)構(gòu)基本相同，但SE

7、M一般不帶波譜儀（WDS）。它是用細(xì)聚焦的電子束轟擊樣品表面，通過(guò)電子與樣品相互作用產(chǎn)生的二次電子、背散射電子等對(duì)樣品表面或端口形貌進(jìn)行觀察和分析。將產(chǎn)生的二次電子用特制的探測(cè)器收集，形成電信號(hào)運(yùn)送到顯像管，在熒光屏上顯示物體。表面的立體構(gòu)想，可攝制成照片?，F(xiàn)在SEM都與能譜（EDS）組合，可以進(jìn)行成分分析。所以，ＳＥＭ也是顯微結(jié)構(gòu)分析的主要儀器，已廣泛用于材料、冶金、礦業(yè)、生物學(xué)等領(lǐng)域。（1）掃描電鏡的工作原理及特點(diǎn)。掃描電鏡的工作原理與閉路電視系統(tǒng)相似圖一：掃描電鏡成像示意圖。工作原理由最上邊電子槍發(fā)射出來(lái)的電

8、子束，經(jīng)柵極聚焦后，在加速電壓作用下，經(jīng)過(guò)二至三個(gè)電磁透鏡所組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，電子束會(huì)聚成一個(gè)細(xì)的電子束聚焦在樣品表面。在末級(jí)透鏡上邊裝有掃描線圈，在它的作用下使電子束在樣品表面掃描。由于高能電子束與樣品物質(zhì)的交互作用，結(jié)果產(chǎn)生了各種信息：二次電子、背反射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光和透射電子等。這些信號(hào)被相應(yīng)的接收器接收，經(jīng)放大后送到顯像管