论文部分内容阅读
随着能源危机在全球愈演愈烈，而我国石油储量又明显不足以支撑国民经济的高速发展的情况下，寻找一种既能解决环境污染问题，又能应付国民经济高速发展所必需的能耗的新型能源成为当前的首要任务。我国作为一个农业大国，生物质资源丰富，因此，生物质能就成为了我们首要选择。生物质是由植物通过光合作用产生的资源，形成过程中，空气中的二氧化碳被固化下来，生物质作为燃料燃烧后，释放二氧化碳，形成循环，极大地减少了二氧化碳在大气中的增加。我国每年产生大量农业废弃物，因得不到有效利用占据了大量空间。如果能将这些生物质有效利用，不但能变废为宝，节约空间，更能创造更多的社会财富，一举多得。本文以玉米芯为原料，先酸催化水解将半纤维素转化为单糖，再利用水解残渣原位缩聚碳化制备出生物质基胶体碳球；进一步通过定向刻蚀制备不同性能的生物质基多孔碳材料；再以多孔碳为碳基磺化制备碳基固体酸催化剂；以制备的碳基固体酸催化剂为催化剂催化之前制备的糖酸液脱水环化制备糠醛，从而得到对玉米芯充分利用的目的，取得了以下成果：1.催化剂磺化制备的单因素条件研究以生物质为原料制备碳基固体酸催化剂，研究了磺化温度、磺化时间、碳基的选择、浓硫酸碳基的固液比对催化剂性能的影响，得到的最佳单因素反应条件为：以碱活化法制备的碳基催化性能最佳，磺化最佳温度为200℃，磺化最佳时间为6h，最佳固液比为1:20。制备的碳基固体酸催化剂催化木糖脱水制备糠醛的产率为33.7%。本实验既使生物质得到了充分利用，制备的催化剂也达到预期的目的。2.糖酸液脱水环化制备糠醛的单因素反应条件研究以制备的炭基固体酸催化剂催化半纤维素水解得到的木糖糖酸液制备糠醛，研究了反应时间、外加热温度、催化剂用量对糠醛产率的影响，得到的最佳单因素反应条件为：在外加热温度为160℃，反应时间为8h，催化剂用量为1g的条件下，糠醛产率最高，为33.7%。助催化剂NaCl的最佳用量为80g，此时糠醛的最大产率为70.1%。3.催化剂重复利用与失活再生的可行性研究通过对催化剂重复利用，得出糠醛产率与重复次数的影响曲线，通过分析，所制备的炭基固体酸催化剂最佳重复使用次数为3次，超过3次后糠醛的产率就会大幅降低。将失活的催化剂进行比表面积测试以及红外谱图分析，发现失活的催化剂无论比表面积还是表面官能团数量都有所减少。针对以上原因，进行了催化剂再生的实验，将催化剂投入马弗炉中，在300℃下煅烧2h，去除碳化产物，之后再次进行磺化负载官能团。通过分析再生前后催化剂的重复使用次数与糠醛产率的影响曲线，得出前后基本一致的结论，说明再生成功。本文充分利用了玉米芯的各种组分，将水解残渣最终制备成炭基固体酸催化剂，催化糖酸液生成糠醛，不但解决了糠醛生产中废水废渣排放污染环境的问题，而且使生物质资源得到了充分的利用，为今后生物质资源化综合利用的深入研究开发奠定了基础。