《微波下纖維素催化轉化的原位紅外研究》是依託南昌大學，由樂治平擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微波下纖維素催化轉化的原位紅外研究
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：樂治平
- 依託單位：南昌大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過生物質轉化有望解決石油能源短缺和環境污染兩大世界難題。已有生物質微波裂解的報導，但均沒能從原子、分子水平上探索該反應的本質。已有研究結果表明，纖維素在適當條件下可生成重要的平台化合物5-羥甲基糠醛（HMF）,HMF是製備下游生物質燃料和化學品的重要中間體。故此，我們擬以纖維素裂解為探針反應，探索在微波與催化劑協同作用下，經由如HMF等中間化合物製備汽油、柴油高品質液體燃料途徑。本課題設計並組裝微波原位紅外反應池，原位探測催化劑活性中心、催化劑表面吸附態結構、反應中間物種及結構等信息，並結合矢量網路分析儀、XPS等表征手段，從微觀角度詳細研究纖維素微波催化裂解的反應機理，重點闡述結構-介電耗散-性能之間的關係，特別是微波與催化劑之間的協同效應，為實現生物質選擇性轉化提供理論依據。
結題摘要
為研究纖維素轉化為5-HMF機理，探索其反應的內在規律，設計並組裝了微波原位紅外反應器，並通過GC-MS，紫外、高效液相色譜等對反應進行表征，尋找綠色、廉價的生物質轉化路線，以達到製備高品質液體燃料的目的。所做工作和結果如下： （1）通過對磁控管發射微波進行分流，達到對微波功率的控制的目的，解決樣品很快變黑及反應與收集信號同步的問題。 （2）提出基於Origin的Gaussian擬合法對紫外分光光度計測定5-羥甲基糠醛（5-HMF）和糠醛（FUR）混合物吸收峰進行分峰擬合，使低廉的紫外分光光度計可用於定量分析5-HMF和FUR混合物。 （3）纖維素轉化新體系篩選： 在離子液體中纖維素轉化成5-HMF有較好的產率。但使用離子液體，其合成過程複雜，價格昂貴，分離產物技術困難，並且對環境的污染嚴重。 本項目組遵循綠色、可持續發展的原則選擇反應體系。 氯化鋅溶液：ZnCl2價格便宜，污染小，配製其水溶液簡單、方便。實驗發現微波下，ZnCl2濃溶液中，纖維素可有效轉化成5-HMF。 （4）纖維素轉化反應研究： （1）以脫脂棉為纖維素原料：（a）ZnCl2水溶液中SnCl4催化反應： 在70 wt% ZnCl2水溶液中，最佳化條件下，SnCl4為催化劑的產率達39.4%。與無催化劑的ZnCl2溶液體系相比，5- HMF的產率明顯提高。且HCl有助催化作用。（b）ZnCl2溶液和DMAc有機溶劑混合體系，SnCl4催化下5-HMF產率為44.3%，表明有機溶劑對生成5-HMF有利。 （2）稻殼為原料 稻殼在氯化鋅溶劑，氯化鎳催化劑，在微波下轉化為5-HMF，產率15.8 %，比脫脂棉原料的5-HMF產率低。 為提高5-HMF產率，須對稻殼進行預處理。研究發現，用稀鹼溶液對稻殼進行預處理，5-HMF產率有明顯提高。 （5）LiBr水與DMAc混合溶劑體系： 在本反應體系下，經最佳化工藝條件，5-HMF產率高達58.4 %，已與離子液體體系相近；且無FUR生成。如加入合適催化劑，5-HMF產率將進一步提高，值得下一步研究。 （6）反應機理研究： 本課題纖維素轉化反應體系中，FUR是由5-HMF進一步反應產生的。
